Bücher mit dem Tag "teilchenphysik"

Es gibt sicherlich nicht sehr viele Menschen, die das Buch auch nach mehrmaligen Lesen vollständig verstanden haben. Selbst wenn keine mathematische Formeln darin vorkommen. Der "Kampf zwischen der Allgemeinen Relativitätstheorie" und der Quantenphysik. Die Einbindung der Gravitationskraft, leichte und schwere anthropologische Kraft, eine vorwärts und eine rückwärtsgerichtete Zeit, drei oder mehr Dimensionen und vieles mehr. 

Welchen (physikalischen) EInfluss hat Gott, warum macht es keinen SInn sich aus physikalischer Sicht zu Fragen was vor dem Urknall und der SIngularität war, welche Rolle spielt die Gravitation für eine Denken aus mehr als Drei Dimensionen.

Das Buch fasziniert nicht nur "Trekkis" und Star Wars-Fans. Es erkennt aber auch seine Grenzen, da sich theoretische Physik sehr viel nur im Kopf abspielt. Was ist wichtiger Theorien oder Beobachtungen, oder ist es die berühmte Frage nach der Henne und dem Ei.

Die Geschichte an sich ist sehr interessant und auch in ihrem Umfang angemessen. Besonders die Grundidee konnte mich überzeugen. Allerdings finde ich es nicht gut das der Verlag dieses Buch für 9 Euro verkauft und dann bei einem Buch welches nicht mal 300 Seiten hat auch noch die Hälfte mit Leseproben bedruckt sind. So das die eigentliche Geschichte nur ca. 110 Seiten umfasst.

*Welchen Maßstab man auch immer anlegt, der LHC ist ein außergewöhnlich komplexes Instrument. Er wurde dafür gebaut, eine bisher noch nie erreichte Energiemenge in einem kaum vorstellbar winzigem Volumen zu konzentrieren.*

Der LHC – Large Hadron Collider – im CERN, dem europäischen Kernforschungslabor, soll den Teilchenphysikern eine neue Welt eröffnen. Vom Standartmodell und dem was die Physiker bereits wissen, über Spekulationen und Theorien, die die Experimente am LHC bestätigen sollen schwenkt das Buch zur Beschreibung des LHC und den zugehörigen Detektoren. Auf den Start des LHC – mit seinen Geburtswehen – geht ein eigenes Kapitel ein. Den Abschluss bildet eine Verbindung der Teilchenphysik mit der Kosmologie, eine kurze Vorstellung anderer Teilchenbeschleuniger und ein Ausblick in die Zukunft.

Das Buch wurde 2009 geschrieben und gibt damit nicht den aktuellen Stand der Forschungen wieder, da sich die Beschreibung des Standartmodells und der Spekulationen auf den Stand vor den gewonnenen Erkenntnissen aus den Experimenten durch den LHC beziehen. Dennoch fand ich auch den einleitenden Teil sehr interessant. Das Modell, das sich die Physiker von den Teilchen und ihren Wechselwirkungen gemacht haben, aber auch die erwarteten Ergebnisse aus den Experimenten wurden anschaulich und mit Hilfe von vielen Analogien erklärt. Dadurch, dass auf die mathematischen Hintergründe verzichtet wurde wurde das Ganze noch leichter verständlich. Ich fand die Erläuterungen damit angenehmer zu lesen als das bei anderen Büchern zum Thema Teilchenphysik der Fall ist.

Besonders interessant – da immer noch aktuell – waren für mich die Kapitel, die sich dem Aufbau und der Funktionsweise des LHC und der zugehörigen Technik widmeten. Sie gaben einerseits viele Fakten und auch Zahlen her, wurden aber immer wieder durch Analogien ergänzt – wie sie übrigens im gesamten Buch reichlich genutzt wurden. Besonders gut gemacht fand ich dabei die Vergleiche, die der Autor heranzieht um die unvorstellbaren Maße zu verdeutlichen. Dadurch konnte ich mir die Leistung die hinter dem Projekt steckt besser vorstellen – und war dementsprechend beeindruckt.

Hilfreich für das Verständnis waren auch die vielen Abbildungen. Einige davon waren Fotografien der Anlage, die meisten allerdings schematische Darstellungen zu den Erläuterungen im Text, die in eigenen Abbildungsbeschreibungen noch einmal genauer beschrieben wurden.

Fazit: Wenn in einigen Bereichen zwar nicht mehr aktuell empfand ich das Buch doch als sehr interessant – die Beschreibungen des Aufbaus und der Experimente bleiben relevant und die Theorien können dazu herangezogen werden mit den heutigen Erkenntnissen verglichen zu werden. Angenehm war die Mischung aus lockerem Schreibstil, guten Erklärungen und fachlichem Wissen.

Among popular books about particle physics, this one stands out – quiete literally

Der ATLAS – Detektor ist einer von mehreren Aufbauten, die die Experimente rund um den Teilchenbeschleuniger des europäischen Kernphysikzentrums CERN überwacht und auswertet. Das Buch gibt durch die Pop-up-Teile einen plastischen Eindruck von seinem Aufbau und entführt an die Anfänge der Zeit.

Ein Buch mit nur acht Seiten, noch dazu ein Pop-up-Buch, das bei mir immer als Kinderbuch eingestuft wurde... und das zu einem komplexen wissenschaftlichen Thema – ich gebe zu, ich war skeptisch aber auch sehr neugierig.

Schon auf der ersten Seite kommt dem Leser das Gebiet des CERN als erhöhte Karte entgegen. Erst einmal als Spielerei abgetan habe ich die Strukturen, die darunterliegen erst auf den zweiten Blick erkannt – so wird gleich verdeutlicht, welchen unterirdischen Raum der LHC (Large Hadron Collider) einnimmt und in welchem Bereich der ATLAS als einer von mehreren Detektoren sich ihm anschließt. Zudem gibt diese erste Seite einen Einblick in den Zusammenhang der Teilchenforschung und der Kosmologie und in die Arbeitsweise des LHC.

Die darauffolgenden Seiten beschäftigen sich mit dem Aufbau und der Funktionsweise des ATLAS. Auch hier gibt es große Pop-Ups (teils zum selber Fertigbauen) aber auch seitlich angebrachte zusätzliche kleinere Seiten, die wie ein Buch im Buch wirken und die Anzahl an Informationen erhöhen. Besonders schön fand ich die letzten Seiten, die sich dem Urknall widmen und nicht nur mit einem sehr gelungenen großen Pop-up zur Entstehung des Universums aufwarten, sondern mehrere kleinere Fenster bereit hielten, die beim Öffnen neue Pop-ups hervorbrachten.

Meiner Beschreibung kann man bereits entnehmen, dass ich von der Aufmachung des Buches begeistert bin. Das letzte mal mit einem solchen Buch war ich als Kind konfrontiert und da musste man viele der Teile noch selbst stabilisieren um einen Hauch von Dreidimensionalität zu bekommen. Hier war davon nichts mehr zu spüren – die Pop-ups waren auch viel größer als ich das erwartet hatte und teilweise nicht nur aus Karton, sondern auch mit anderen Materialien gefertigt. So war ich über die technische – und manchmal auch künstlerische – Seite des Buches sehr positiv überrascht.

Obwohl in den wenigen Seiten mehr Informationen versteckt waren, als ich mir erwartet hatte kann ein so konzipiertes Buch der Komplexität des Themas nicht gerecht werden. Es werden zwar die viele Arbeit und die Theorien, die hinter ATLAS stecken angesprochen, allerdings bleibt es bei einer verdichteten Anzahl an Fakten.

Fazit: Das Prinzip des Pop-up Buches und seine Gestaltung haben mir sehr zugesagt, wenn der Umfang des Buches auch nicht näher auf das Thema eingehen konnte. Zur plastischen Darstellung und um einen allgemeinen Eindruck zu bekommen fand ich es aber sehr gut. Die letzte Doppelseite zum Urknall war übrigens genial gemacht.

Ich kann mich den überaus positiven Rezensionen überhaupt nicht anschließen. Auch wenn Design und zeitweise der Sprachstil ganz hip und jugendlich daherkommen, sind die wesentlichen Abschnitte von Cox und Forshaw geradezu lähmend unverständlich und äußerst schwach geschrieben. Eine allgemeinverständliche Einführung ist dies auf gar keinen Fall! Als Sachbuch für Physiker, Mathematiker oder Ingenieure mag es seinen Zweck erfüllen. Wer sich aber jenseits eines beruflichen oder akademischen Interesses mit Einsteins Formel beschäftigen möchte, sollte zu den zahlreichen anderen Büchern zum Thema greifen. Thomas Bührkes E=mc2 ist da weitaus informativer.

Wer die mathematische Herleitung und Beweisführung möchte, wird hier aber natürlich fündig.

Das Buch „Die Wirklichkeit, die nicht so ist, wie sie scheint: Eine Reise in die Welt der Quantengravitation “ entstand auf Anfragen aus Carlo Rovelllis Umfeld, berichtet der Professor für Theoretische Physik in seinen Vorbemerkungen. „Aber ich zögerte mit dem Projekt noch immer, weil ich das Buch im Kopf noch nicht vor mir ‚sah. Wie sollte ich eine Welt ohne Raum und Zeit erklären? Als ich 2012 nachts auf einer langen einsamen Fahrt von Italien nach Frankreich unterwegs war, wurde mir klar, dass sich die gegenwärtigen Veränderungen der Begriffe von Raum und Zeit nur dann verständlich erläutern ließen, wenn man die Geschichte von Anfang an erzählt: beginnend mit Demokrit über den ganzen Weg bis hin zu den Raumquanten.“

Von vier Teilen widmet Rovelli einen den „Wurzeln“. Im zweiten erklärt er die Relativitäts- und Quantentheorie. Den dritten Part nannte er „Quantenraum und relationale Zeit“ und den vierten „Jenseits von Raum und Zeit.“

Auffällig ist, dass die philosophisch-literarischen Texte den Formeln in diesem Physikbuch den Rang ablaufen. Lukrez besingt die Atome ebenso zauberhaft wie Dante das Universum. Rovelli schreibt: „Ich weiß nicht, ob dem jungen Einstein auf den intellektuellen Streifzügen, mit denen er seine Zeit in Italien verbummelte, das Paradies begegnet ist und ob die entfesselte Phantasie des großen Dante seine Intuition, dass das Universum endlich und zugleich unbegrenzt sein könnte, direkt beeinflusst hat. Aber unabhängig davon zeigt dieses Beispiel meiner Ansicht nach, dass große Wissenschaft und große Dichtung ähnlich visionär sind und bisweilen zur selben Intuition gelangen können.“

Wer die Relativitätstheorie endlich einmal verstehen möchte, hat hier gute Chancen. Zuerst erläutert der Autor die ausgedehnte Gegenwart, um den Leser behutsam daran zu gewöhnen, dass Uhren unterschiedlich gehen. „Je weiter diese Gegenwart vom Leser entfernt ist, desto länger dauert sie … Fachlich gesprochen, hat Einstein erkannt, dass eine ‚absolute Gleichzeitigkeit‘, also eine Menge von Ereignissen im Universum, die alle ‚jetzt’ stattfinden, nicht existiert.“

Die Allgemeine Relativitätstheorie erklärt Rovelli unter anderem wie folgt: „Die Sonne krümmt den Raum um sich herum, und die Erde umrundet die Sonne nicht deshalb, weil sie vermittels einer mysteriösen Kraft über eine Entfernung hinweg von ihr angezogen wird, sondern weil sie der Krümmung des Raumes folgt … Aber nicht nur der Raum, sondern auch die Zeit ist gekrümmt. Einstein sagt voraus, dass die Zeit auf der Erde in der Höhe schneller vergeht als weiter unten … Weil Zeit nichts Absolutes und Festes ist. Je nach Masse in ihrer Umgebung dehnt oder verkürzt sie sich: Wie jede Masse verformt die Erde die Raumzeit und lässt Uhren in ihrer Nähe langsamer ticken.“

Max Planck betrat noch vor Albert Einstein im Jahr 1900 die Bühne. „Um seine experimentellen Ergebnisse in eine Formel zu packen, bedient er sich eines Tricks: Er stellt sich vor, dass das elektromagnetische Feld in ‚Quanten‘, also Energiepäckchen oder -bausteinen, unterteilt sei. Planck nimmt an, dass der Zuschnitt, also die Größe der Päckchen, von der Frequenz der elektromagnetischen Wellen (also der Wärme) abhänge. Für Wellen der Frequenz f nimmt Planck an, dass jedes Quantum, also jedes Päckchen, eine Energie habe von: E = hf. In dieser Formel, der ersten der Quantenmechanik, ist h eine neue Konstante. Diese Planck-Konstante oder dieses Planck’sche Wirkungsquantum, wie sie heute heißt, bestimmt, wie viel Energie in jedem ‚Energiepäckchen’ für das Licht mit der Frequenz (Farbe) f steckt.“

Den Entdeckungen von Werner Heisenberg hat Rovelli im Jahr 2021 ein ganzes Buch gewidmet. Es heißt „Helgoland: Wie die Quantentheorie unsere Welt verändert“. Im vorliegenden Werk schreibt er kurz und bündig: „Elektronen existieren nicht dauerhaft, sondern nur dann, wenn sie wechselwirken. Sie materialisieren sich an einem Ort, wenn sie mit etwas anderem zusammenstoßen. Real existieren sie nur als ‚Quantensprünge‘ von einer Umlaufbahn zur anderen: Ein Elektron ist eine Gesamtheit an Sprüngen von einer Wechselwirkung zur nächsten. Wenn es nicht gestört wird, befindet es sich nirgendwo.“

Rovellis Ziel ist eindeutig. Er möchte , möglichst schnell, Relativitäts- und Quantentheorie vereint sehen. Sein Forscherdrang lässt ihn zunächst auf dem Weg von Italien nach Frankreich die zulässige Geschwindigkeit überschreiten. Er wiederholt diesen Fehler, indem er in seinem Buch ethische Einwände überspringt, um rasch seine Vision zu verwirklichen. Der Name Robert Oppenheimer fällt nicht in seinem Werk und dem Abwurf der Atombombe widmet er lediglich zwei Zeilen. Mehrmals erwähnt er das CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung in seinen Ausführungen, aber nicht, dass CERN im Jahr 2023 circa 1,27 Milliarden Euro verschlungen hat, während immer noch jeder elfte Mensch auf diesem Planeten hungert.

Der Naturfreund Heisenberg plädierte bei seiner Forschung immer für den Blick auf das Ganze. Jenen gilt es nicht zu verlieren, wenn im Folgenden die Schleifen-Quantengravitation untersucht wird.

Die Welt wird jetzt mit einem Spinnennetz durchzogen. Die Knoten der Fäden bilden den Raum, die Linien verbinden die einzelnen Rauminhalte. „Als wichtigste Vorhersage prognostiziert die Loop-Theorie, dass der Raum kein Kontinuum und damit auch nicht unendliche Male teilbar ist, sondern aus ‚Raumatomen‘ besteht … Zwischen Photonen, also den Quanten des elektromagnetischen Feldes, und den Knoten des Graphen, also den ‚Raumquanten‘, besteht ein entscheidender Unterschied. Photonen existieren im Raum, während Raumquanten den Raum selbst ausmachen … Im kleinsten Maßstab ist der Raum ein waberndes Gewimmel aus Gravitationsquanten, die wechselseitig aufeinander einwirken, alle gemeinsam auf die Dinge einwirken und sich in diesen Wechselwirkungen als Spin-Netzwerke, als Quantenkörnchen in wechselseitiger Beziehung, manifestieren …“

Folgerichtig gibt es keine Prozesse in der Zeit, sondern die Prozesse, genauer die Erzeugung von Wärme, bringen die Zeit hervor. Es gibt nur noch „eine quantisierte ‚Wolke‘, in der alle möglichen Raumzeiten und alle möglichen Wege ‚zusammen existieren‘.“

Nachdem die Welt vollständig auf Quantenfelder reduziert ist, begibt sich Rovelli im vierten Teil gänzlich ins Jenseits von Raum und Zeit. In der Nähe des Urknalls schwelgt er in der „wimmelnde Wolke aus Wahrscheinlichkeiten“, schaut sich die Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung an, begeistert sich an den Gravitationswellen der Schwarzen Löcher, lässt die Uhr zunächst am Ereignishorizont immer langsamer gehen, wirft sie dann in den Schlund des Ungeheuers, um sich daran zu erfreuen, wie sie in einer fernen Zukunft wieder ausgespien wird, ohne dass merklich Zeit vergangen ist. So in Fahrt geraten schafft er schließlich die Unendlichkeit ab.

In den letzten Kapiteln seines Werkes wendet sich der Autor der Information zu, unter der „das Maß für die Anzahl der Auswahlmöglichkeiten einer Gegebenheit“ zu verstehen ist. Er berichtet von Ludwig Boltzmann, der den Zusammenhang zwischen zunehmender Entropie und abnehmendem Informationsgehalt aufgedeckt hatte. „Dank Boltzmanns Genie wissen wir: Der Begriff der Wärme ergibt sich aus der Tatsache, dass wir nur mit Mittelwerten zahlreicher Variablen wechselwirken. Das Konzept der thermodynamischen Zeit besteht darin: Auch der Zeitbegriff entspringt der Tatsache, dass wir nur mit 

‚makroskopischen’ Variablen, also den Mittelwerten vieler mikroskopischer Variablen, interagieren … Die Zeit ist eine Auswirkung der Tatsache, dass wir die physikalischen Mikrozustände der Dinge außer Acht lassen. Die Zeit ist die uns fehlende Information. Sie ist unser Unwissen.“

Die Bedeutung der Information habe zuerst John Wheeler erkannt, den Rovelli als Vater der Quantengravitation bezeichnet. Den Titel seines Buches „It from bit“ übersetzt er zunächst wörtlich: „‚Das Es aus dem Bit‘, wobei ein Bit die minimale Informationseinheit bildet, also die kleinste Auswahlmöglichkeit, bestehend aus der Alternative zwischen einem Ja und einem Nein. Dabei steht das ‚It‘ für ‚jedes beliebige Ding‘. Der Slogan bedeutet also ungefähr: ‚Alles ist Information‘.“ 

Weniger informiert zeigt sich der Naturwissenschaf(f)tler im letzten Kapitel, in welchem er den Glauben und die Religionen auf die Variablen Unkenntnis, Angst und Beruhigung im marxistisch-leninistischen Sinne reduziert und dabei nicht nur den Pantheismus eines Baruch Spinoza übersieht, sondern auch die Wechselwirkung zwischen dem Glaubenden und dem Geglaubten, was mit moralischen Konsequenzen einhergeht.

Was ist dem noch hinzuzufügen? Ein Dank für ein äußerst verständliches Physikbuch.

Vera Seidl

„Aus was sind wir gemacht?“

Der Info-Comic gibt einen Überblick über die Geschichte der Atomtheorie und den vielen Entdeckungen, die seit der Zeit der antiken Griechen bis zum modernen Physikverständnis gemacht wurden. Da werden die Teilchen und die jeweiligen Modelle vorgestellt. Auch ihre Entdecker kommen zu Wort.

Ich muss gestehen, dass ich mir den Comic als solchen anders vorgestellt habe. Zeichnungen und einen klassischen Comic sucht man hier vergeblich. Die Illustrationen bestehen großteils aus Fotografien (mit vergrößerten Köpfen/Gesichtern was manchmal skurril aussieht) von Wissenschaftlern, denen Worte zu ihren Theorien und Entdeckungen in den Mund gelegt wurden. Dass man sich dazu ein Bild von den Physikern machen kann war für mich in Ordnung. Manchmal hätte ich mir aber zum besseren Verständnis eine schematische Darstellung der Entdeckung oder des Experimentaufbaus gewünscht. Diese kamen eher spärlich vor.

Die Geschichte der Teilchenphysik mit all ihren Neuentdeckungen und Weiterentwicklungen fand ich interessant und – da sie sich auf die jeweilige Kernaussage konzentrierte – lange verständlich. Allerdings wurde die Forschung rund um die allerkleinsten Teilchen im Laufe der Zeit immer komplexer. So wurde ich nicht nur mit einer sehr großen Anzahl an Forschern (durchgehend mehr als ein neuer Name pro Doppelseite) sondern auch mit einer großen Zahl an neu entdeckten Teilchen konfrontiert. Obwohl ich diese Entwicklung interessiert verfolgt habe wäre es gelogen zu behaupten, dass ich nach der Lektüre alles verstanden hätte. So konnte ich zwar einen Einblick in dieses Teilgebiet der Physik gewinnen, allerdings blieben die Details nicht bei mir haften. Dafür waren es einfach zu viele.

Fazit: Wissen in einen Comic zu verfrachten empfand ich als gute Idee – auch wenn ich mir den Comiccharakter des Buches anders vorgestellt hatte. Das Wissen mit dem man hier konfrontiert wird ist sehr reichhaltig und immer wieder komplex. So war es für mich sehr interessant aber nicht in dem Sinne informativ als dass sich mir die Zusammenhänge immer erschlossen hätten und ich mir die Infos merken hätte können.

Die Autoren verstehen es in anschaulicher Sprache und fundierter Kenntnisse, die Geschichte der Entstehung des Kosmos und deren Evolution in tiefgründiger Wissensübermittlung mitzuteilen. Herzlichen Dank an die Autoren für dieses hervorragende Buch.

Beim Einführungskapitel dachte ich mir: Ohoh, das wird ja furchtbar. Physiker gehen also auch mal in die Kantine, die reden miteinander und haben Internet, das ist aber interessant ... (gähn)
Aber schon beim zweiten Kapitel war ich hellauf begeistert und das hat bis zum Schluss des Buches nicht mehr nachgelassen. Sehr verständlich werden da die Bausteine des Universums erklärt, wie und warum man sie gefunden hat und wie diese Teilchen miteinander agieren. Um es begreifbarer zu machen, stellt der  Autor Äffchen auf Skateboards, lässt Biber Stöckchen werfen oder Enten schwimmen. Solche Analogien helfen, die doch sehr schwierigen Zusammenhänge zu begreifen. Und noch dazu ist es sehr witzig.

Die Grafiken machen die Vorgänge auch für mich als Nicht-Physiker sehr anschaulich und selbst die Formeln sind nach der Erklärung nur noch halb so kryptisch. Man darf sogar ab und zu selbst mal einen Vorgang aufschlüsseln (was in was zerfällt – und damit man das nicht einfach faul überblättert, steht die Lösung nur im Internet). Nicht, dass ich die Formeln in irgendeinerweise durchdenken könnte, aber man bekommt einen Hauch von einer Ahnung, was diese Teichenphysiker eigentlich den ganzen Tag machen.

Es ist kein Buch, dass man so nebenbei wegliest, man muss schon mitdenken, sonst verliert man den Faden. Aber wer Spaß an Gedankenexperimenten hat, der sollte dieses Buch unbedingt lesen.

Na ja, mich hat dieses Buch mehr an eine Schnitzeljagd, als an einen Thriller erinnert. Bis endlich herauskommt worum es eigentlich geht, dauert es ganz schön lange und bis dahin ist es mühsam. Wirkliche Spannung kommt eigentlich nicht auf und man kann das Buch ganz leicht aus der Hand legen. Das Ende kommt dann auch sehr abrupt und unglaubwürdig.