Physik ohne Ende

Hörg Hüfner, Rudolf Löhken

Schlüsselerkenntnisse und faszinierende Forscherportraits

Eine faszinierende Expedition in die Geschichte der Physik
Man stelle sich vor, die Physik sei ein Gebäude, in dem man umhergehen und dabei in den verschiedenen Stockwerken die großen Momente der Wissenschaftsgeschichte miterleben kann. Genau diesen Traum, das „Haus der Physik“ zu errichten, haben Jörg Hüfner und Rudolf Löhken verwirklicht. Sie laden den Leser ein, sich einer geführten Tour durch dieses Haus anzuschließen oder es auf eigene Faust zu entdecken.

Vom 16. ins 21. Jahrhundert

Im Erdgeschoss begegnen wir den Forschern Nikolaus Kopernikus und Isaac Newton, die das Weltbild revolutioniert und die Physik als exakte Wissenschaft etabliert haben. Im ersten Stock sind es Pioniere wie Michael Faraday oder Ludwig Boltzmann mit ihren Entdeckungen in der Elektrizitäts- und Wärmelehre. Und schließlich, im obersten Geschoss, finden sich die bahnbrechenden Fortschritte des 20. Jahrhunderts, für die Namen wie z.B. Marie Curie, Albert Einstein, Richard Feynman und Stephen Hawking stehen. Am Ende steht die Frage: Was wird das 21. Jahrhunder bringen?

Der Streifzug und sein Ziel

Dieser Rundgang durch die Physik führt zu den Fundamenten einer Grundlagendisziplin und zu denen, die sie errichtet haben – zu Männern und Frauen, die getrieben waren von einer unbändigen Neugier und der Lust am Erforschen und Verstehen der Natur. Und so verspürt auch der Besucher am Ende des Streifzugs: Physik ist weder trocken noch abschreckend, sondern spannend und lebendig. Es gibt noch viel zu entdecken!

Beide Autoren lernten sich bei Staatsexamensprüfungen für Physiklehrer kennen und halten jetzt in ihrem Ruhestand gemeinsam Physik-Vorlesungen für Nichtphysiker. Aus einer dieser Vorlesungen ist das vorliegende Buch entstanden.

Hörg Hüfner, Rudolf Löhken
Physik ohne Ende
Eine geführte Tour von Kopernikus bis Hawking

2012. XVII, 341 Seiten, 100 Abbildungen, Softcover.
€ 24,90
ISBN: 978-3-527-41017-0 (Wiley-VCH, Weinheim)

„Ein interessantes und kurzweiliges Buch über einige bedeutende Entdeckungen und Wissenschaftler der Physik.“
astrotreff.de (23.09.2012)

„Durch die vielen Zeichnungen und Skizzen ist dieses Buch für jedermann verständlich und somit absolut weiterzuempfehlen.“
Junge Wissenschaft (Dezember 2011)

„Eine Führung durch das ‚Gedankengebäude der Physik‘ kann unerwartet unterhaltsam sein – wie in diesem Fall. […] Ihre ‚geführte Tour von Kopernikus bis Hawking‘ durch das Gedankengebäude der Erkenntnis über die facettenreiche unbelebte Natur entpuppt sich als ein bekömmliches Angebot für wissbegierige Leseratten.“
Meininger Tagbeblatt (09.04.2011) / Südthüringer Zeitung (09.04.2011)

„[Das Buch gibt] eine gelungene Übersicht über die Physik – und dies nicht nur gut lesbar, sondern tatsächlich auch inhaltlich in einer für den Laien ansprechenden Tiefe mit recht ausführlichen Erklärungen.“
Physik in unserer Zeit (März 2011)

„[D]as verständliche Buch [eignet sich] für alle, die sich einen fundierten Überblick über die Geschichte der Physik und ihre Protagonisten verschaffen wollen.“
pro-physik.de (Online seit 24.06.2011)

„Die Darstellung der Geschichte der Physik ist spannend und gut lesbar geschrieben und verzichtet bei allem Bemühen um Anschaulichkeit auch nicht auf die Angabe der wichtigsten Formeln […]. Dem Buch ist ein weiter Leserkreis zu wünschen. Es eignet sich für Oberstufenschüler und für interessierte Laien, ermöglicht Studierenden, sich einen fundierten Überblick zu schaffen, enthält aber auch für gestandene Physiker und Physiklehrer sehr viele wertvolle und hervorragend pädagogisch aufbereitete Informationen.“
Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht (März 2011)

„Eine Führung durch das ‚Gedankengebäude der Physik‘ kann unerwartet unterhaltsam sein – wie in diesem Fall. […] Ihre ‚geführte Tour von Kopernikus bis Hawking‘ durch das Gedankengebäude der Erkenntnis über die facettenreiche unbelebte Natur entpuppt sich als ein bekömmliches Angebot für wissbegierige Leseratten.“
Freies Wort (09.04.2011)

„‚Physik ohne Ende‘ erinnert an das Philosophie-Kultbuch ‚Sofies Welt‘ von Jostein Gaarder, ist allerdings nicht ganz so romanhaft geschrieben. … Der Physikprofessor Jörg Hüfner und der Gymnasiallehrer Rudolf Löhken …gestalten ihre Reise durch die Physik knapp, dennoch gehaltvoll und dabei unterhaltsam.“
Spektrum der Wissenschaft (12/2010)

„Das Buch ‚Physik ohne Ende‘ ist damit eine gelungene Führung, die zu lesen viel Freude bereitet. Physikalisches Vorwissen wird nicht vorausgesetzt, sodass keine Einstiegshürden gegeben sind.“
Der-Buchleser.de (27.11.2010)

„Genau diesen Traum, das ‚Haus der Physik‘ zu errichten, haben Jörg Hüfner und Rudolf Löhken verwirklicht. Sie laden den Leser ein, sich einer geführten Tour durch dieses Haus anzuschließen oder es auf eigene Faust zu entdecken.“
Vip Infotainment (15.11.2010)

TEIL I: Die Physik im 20. Jahrhundert

RÖNTGENSTRAHLUNG UND RADIOAKTIVITÄT
Die Entdeckung der Röntgenstrahlung
Die Natur der Röntgenstrahlen
Röntgenstrahlen heute
Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923)
Der Nobelpreis
Die Entdeckung der Radioaktivität
Radium und Polonium
Die verschiedenen Arten radioaktiver Strahlen
Marie Curie (1867-1934)

QUANTEN IM MIKROKOSMOS
Schwarze Strahler
Lichtquanten
Max Planck (1858-1947)
Das Atom als kleines Planetensystem
Das Bohrsche Atommodell
Der Spin und das Pauli-Prinzip
Niels Henrik David Bohr (1885-1962)
Materiewellen
Die Schrödinger-Gleichung
Wellenfunktionen
Messungen im Mikrokosmos und die Heisenbergsche Unschärferelation
Erwin Schrödinger (1887-1961)
Verschränkung oder spukhafte Fernwirkung

ALBERT EINSTEIN UND DIE RELATIVITÄT
Was ist Zeit?
Die Synchronisation von Uhren
Die besondere Rolle des Lichts
Die Relativität der Zeit
Das Zwillingsparadoxon
Masse wird Energie
Albert Einstein (1879-1955)
Materie krümmt Raum und Zeit
Masse krümmt Lichtbahnen
Gravitationslinsen
Gravitationswellen

ATOMKERNE UND ATOMBOMBEN
Atomkerne als Stecknadelköpfe
Tröpfchen oder Zwiebeln?
Ernest Rutherford (1871-1937)
Kernspaltung
Darmstadtium
Otto Hahn (1879-1968) und Lise Meitner (1878-1968)
Wie es zur Atombombe kam
Das Manhattan Projekt der USA

ELEMENTARE BAUSTEINE UND FUNDAMENTALE KRÄFTE
Das Elektron
Das Positron
Antimaterie
Die „Verwandten“ des Elektrons
Winziger Effekt mit großer Wirkung
Kräfte und Austauschteilchen
Richard Feynman (1918-1988)
Ist das Proton elementar?
Die „unfreien“ Quarks
Der lange Weg zum Nachweis des Neutrinos
Austauschteilchen der schwachen Wechselwirkung
Enrico Fermi (1901-1954)
Das Standardmodell
Das Geheimnis der Teilchenmassen
Die Weltmaschine

SONNEN UND SCHWARZE LÖCHER
Der „Ofen“ unseres Planetensystems
Neutrinos von der Sonne
Der Lebenszyklus der Sonne
Hans Albrecht Bethe (1906-2005)
Schwarze Löcher
„Schwarze Löcher haben keine Haare“
Stephen Hawking (*1942)

DER URKNALL UND DAS UNIVERSUM
Die Vermessung des Universums
Die „große Debatte“
Die Expansion des Universums
Edwin Hubble (1889-1953)
Der Urknall wurde am Schreibtisch entdeckt
George Lamaître (1894-1966)
Am Anfang war es heiß
Ein „Foto“ des frühen Universums
Dunkle Materie und Dunkle Energie
Vom Urknall bis heute
Die Zukunft unseres Universums

TEIL II: Die Physik im 16. und 17. Jahrhundert

PLANETENSYSTEME
Die Vorstellung in der Antike
Nikolaus Kopernikus (1473-1543)
Das Observatorium des Tycho Brahe
Johannes Kepler (1571-1630)
Ellipsen als Planetenbahnen
Planeten um andere Sonnen
Die Entstehung von Planetensystemen

FALLENDE KÖRPER, JUPITERMONDE UND EIN PROZESS
Fallende Körper
Experimente an der schiefen Ebene
Galileo Galilei (1564-1642)
Der Blick durch das Fernrohr
Die Mondoberfläche
Die Jupitermonde
Das fliegende Fernrohr
Der Prozess vor dem Inquisitionsgericht

LICHT UND ZEIT
Spiegelung und Brechung
Die Entdeckung des Brechungsgesetzes
René Descartes (1596-1650)
Die Farben des Sonnenlichts
Farben in der Natur
Lichtgeschwindigkeit
Die Pendeluhr
Die Atomuhr
Christiaan Huygens (1629-1695)
Licht – Welle oder Teilchen?

ISAAC NEWTON UND DIE GESETZE DER BEWEGUNG
Eine Einheit für die Kraft
Die universelle Schwerkraft
Newton (1643-1727)
Kindheit und Jugend
Studium und wissenschaftliche Arbeit
Öffentliches Wirken
Das allgemeine Gesetz der Bewegung
Determinismus und Chaos
Ein Schlusswort von Einstein

TEIL III: Die klassische Physik des 18. und 19. Jahrhunderts

WÄRME, ENERGIE UND DIE INDUSTRIELLE REVOLUTION
James Watt und die Dampfmaschine
Die verschiedenen Aspekte der Wärme
Temperatur und ihre Messung
Wärme: Substanz oder Bewegungsenergie?
Graf Rumford alias Benjamin Thompson (1753-1814)
Wärme und Arbeit
Der Weg zum Erhaltungssatz der Energie
Hermann von Helmholtz (1821-1894)
Umwandlung von Wärme in Arbeit
Die „Dampfmaschine des Lebens“

MATERIE BESTEHT AUS ATOMEN
Der Ursprung des Atombegriffs
Das Atom der Chemiker
Größe und Zahl der Atome
Joseph Loschmidt (1821-1895)
Moleküle machen Druck
Statistische Methoden
Geordnete und ungeordnete mikroskopische Verteilungen
Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre
Ludwig Boltzmann (1844-1906)
Kristalle
ELEKTRIZITÄT, MAGNETISMUS UND LICHT
Elektrizität durch Reibung
Die Kraft zwischen elektrischen Ladungen
Die Erfindung der Batterie
Elektrische Ströme und ihre magnetischen Wirkungen
Michael Faraday (1791-1867)
Magnetismus in Elektrizität umwandeln
Feldlinien erklären Fernkräfte
Die wunderbare Theorie des Elektromagnetismus
James Clerk Maxwell (1831-1879)
Elektromagnetische Wellen und die Natur des Lichts
Heinrich Hertz (1857-1894)
Die Physik wächst zusammen

TEIL IV: Die Zukunft der Physik

Auf dem Weg zu einer einheitlichen Beschreibung der Natur

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Jörg Hüfner / Rudolf Löhken

Jörg Hüfner, Jahrgang 1937, studierte Physik in Müchen, Berlin und Heidelberg. Nach längeren Forschungsaufenthalten in Israel, den USA und Frankreich wurde er 1974 Professor für theoretische Physik an der Universität Heidelberg. Er untersuchte und berechnete das Verhalten von Atomkernen in Stoßprozessen und unterrichtete gerne.

Rudolf Löhken, Jahrgang 1940, arbeitete nach dem Physikstudium zunächst als wissenschaftlicher Assistent an der Universität Heidelberg und im Kernforschungszentrum Karlsruhe. Später wechselte er in den Lehrerberuf und unterrichtete Physik und Mathematik an einem Gymnasium. Daneben hatte er einen Lehrauftrag an der Universität Heidelberg und war über viele Jahre an der Ausbildung von Lehramtsstudenten und Referendaren beteiligt.

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