Sind physikalische

Gesetze schön?Amand Fäßler,

Institut für Theoretische Physik der Universität Tübingen

Pythagoras von Samos 570 -510 vor Ch. hat die Naturwissenschaften auf den mathematischen Weg gesetzt. „Das Wesen des Kosmos ist die Zahl“Etwa gleichzeitig mit Konfuzius ~500 u. Buddha ~430 v. Ch.Einfache Verhältnisse der Saitenlänge bestimmen die Harmonie:Oktave: 2:1; Quinte: 3:2; Quarte: 4:3;

Universum: Sphärenharmonie (Johannes Kepler 1596) Leibniz: „Die Musik ist eine verborgene arithmetische Übung der Seele, die nicht weiß, dass sie mit Zahlen umgeht.“

Satz des Pythagoras:

• Tragische Entdeckung der Pythagoräer: „Alle Zahlen lassen sich als rationale Zahlen, d.h. Brüche ganzer Zahlen darstellen.“ Das war falsch !!!

x = ; 2 b b

Empedokles aus Agragas (450 vor Chr.) 4 Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer.

Aristoteles: Woher wissen die Elemente, wo siehin oder von wo sie weg streben müssen? Äther (Quinta Essentia)

384 -322 v. Ch.

Aristoteles

Johannes Kepler Student der Universität Tübingen 1571 – 1594 Weil der Stadt, Maulbronn, Ev. Stift (Mästlin)1595 – 1630 Graz, Prag und Linz.1. Gesetz: Planetenbahen sind Ellipsen mit der Sonne

in einem Brennpunkt.

2. Gesetz: Die Verbindung Sonne-Planet überstreicht in der gleichen Zeit gleiche Flächen. 3. Gesetz:

a

= -1

Eine schöne, einfache und überraschende Beziehung.

= i = Wurzel aus -1 = 3,14159265… Kreisumfang = 2r (Archimedes)

(Lonhard) Euler‘sche Zahl e um 1730. Wichtig für Berechnung des Zinseszins.

Altes Testament (1. Buch der Könige; Kapitel 7; Verse 23 bis 25): 2

?

Die Schönheit moderner physikalischer Gesetze.

Aus Invarianz Erhaltung; (Emmi) Noether‘sches Theorem;

Erste Frau Promotion 1907 in Erlangen; _________________________________________________________________

• Invarianz bei zeitliche Verschiebung Ernergieerhaltung: Etotal= = const• Invarianz bei räumlicher Verschiebung Impulserhaltung: Ptotal = =• Invarianz bei Rotation klassisch Drehimpulserhaltung: Lbahn =• Quantenmechanik + Invarianz unter Rotation um 3600: L = |L| = n); n=0,1,2, …• Quantenmechanik + Invarianz unter Rotation um 7200: Spin = |S| = =• Quantenmechanik: Drehimpulserhaltung: Jtotal = L + S = )

Forderung: Naturgesetze gelten auch in Systemen mit konstanter Geschwindigkeit mit überall gleicher Lichtgeschwindigkeit

Spezielle Relativitätstheorie (Einstein 1905)

Forderung: Naturgesetze gelten auch in beschleunigten Systemen

Allgemeine Relativitätstheorie (Einstein 1915) Das Eimerexperiment von Ernst Mach (Prag, Wien)

1838 - 1916

Diese harmlos aussehende Gleichung beschreibt alle Spin - Teilchen:

Elektronen, Quarks, Neutrinos, Protonen und Neutronen

und die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern.

- mc2 = 0

Amand Fäßler, Tübingen 11

4 Elemente des Empedokles (400 v. Ch)

Standard-Modell der Elementarteilchen

Mat

erie

-Tei

lche

n

Kräfte-TeilchenWegen „Eichinvarianz“

verschwinden ursprünglich die Massen aller Teilchen.

Die Wechselwirkung mit den Higgs-Teilchen gibt ihnen Masse

(bis auf .

Gleichnis: Eichinvarianz für die verschiedenen Nürnberger,

Ulmer und Augsburger Ellen

Amand Fäßler, Tübingen 12

Szenarium für Higgsteilchen (Higgs-Kondensat)

• Beim Urknall sind sehr viele Higgs-Teilchen entstanden. Bei der Expansion und Abkühlung zerfallen sie nicht. Higgs-Kondensat im ganzen Universum: <Higgs> grösser als 0.

• CDU-Parteimitglieder im Foyer bei einem Parteitag und Frau Merkel kommt herein.

Amand Fäßler, Tübingen 13

Frau Merkel auf dem CDU-Parteitag

Frau Merkel erhält eine große

effektive Masse

Amand Fassler, Tübingen

Der „Large Hadron Collider“(LHC) bei Genf ist ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge mit einer

Kollisionsenergie von Proton auf Proton von 4+4 = 8 [TeV] = 8*1012 [eV] = 8 Billionen [eV].

4 TeV Protonen 4 TeV Protonen

Amand Fäßler, Tübingen 15

Blick auf den ATLAS-Detektor

Die zehn schönsten Experimente aller Zeiten (Wahl der Physiker in Groß-Britannien; Physics Today 2002)

-220 Eratosthenes : Messung des Erdumfangs (7)~1600 Galilei‘s Fall der Körper (2,8)~1670 Newton zerlegt das weiße Licht (4) 1797 Cavendish bestimmt das Gewicht der Erde (6) 1800 Young‘s Interferenz des Lichtes, Wellennatur (5) 1851 Foucault‘s Pendel; Rotation der Erde (10) 1910 Milikan‘s Öltröpfchen-Experiment; e-Ladung (3) 1911 Rutherford u. Geiger entdecken den Atomkern (9) 1959 Jönsson (Tübingen): Elektronen durch Doppelspalt (1)

Das schönste Experiment aller Zeiten: Elektronen am Doppelspalt.Doktorarbeit von Klaus Jöhnson 1059 an der Univ. Tübingen.

„Do sin si jo die Stroife!“ Aussage eines anderen Doktoranden, dem Claus Jönsson nachts das erste positive Resultat zeigte.

ENDE

Prof. Claus Jönsson,Tübingen.