Autor Thema: Die rätselhaften Zahlenspiele der Natur  (Gelesen 12613 mal)

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Deuterium: Versteckspiel in der Milchstraße
« Antwort #15 am: 19 August, 2006, 12:48 »
Wie viel Deuterium, das kurz nach dem Urknall entstanden ist, existiert noch heute? Mehr als vermutet, glauben Astrophysiker nach neuen Messdaten. Nun muss womöglich die Entstehungstheorie unserer Galaxie korrigiert werden.

Deuterium ist nicht nur für Chemiker etwas ganz besonderes, sondern auch für Astrophysiker. Der schwere Wasserstoff entstand nämlich wenige Minuten nach dem Urknall. Danach verbreitete er sich im Universum und einzelne Deuteriumkerne verwandelten sich in andere leichte Elemente. Deuterium war auch an der Entstehung von Sternen beteiligt. Deswegen war Astronomen bislang ein Rätsel, wie viel des ursprünglichen Deuteriums noch heute existiert.

Milchstraße: Wesentlich mehr Deuterium als bislang vermutet


Bisher vermutete man, dass sich die Menge dieses Wasserstoffisotops in unserer Galaxie um ein Drittel verringert hat. Ein internationales Team um den Astrophysiker Jeffrey Linsky von der University of Colorado hat nachgemessen und kam zu einem anderen Ergebnis.

Statt um rund 33 Prozent hat sich demnach die Deuteriummasse in der Milchstraße nur um etwa 15 Prozent reduziert. Deswegen müssten nun die Modelle über die chemische Entwicklung der Milchstraße überprüft und dann womöglich korrigiert werden, berichten die Wissenschaftler.

Deuterium ist ein Isotop des Elements Wasserstoff: Es hat im Atomkern nicht nur ein Proton wie der Wasserstoff, sondern zusätzlich noch ein Neutron. Deswegen ist Deuterium etwa doppelt so schwer.

Dass Linsky und seine Kollegen aus den USA, aus Kanada und Frankreich wesentlich mehr Deuterium aufgespürt haben als andere Forschergruppen vor ihnen, hat einen einfachen Grund: Sie benutzten ein spezielles Gerät der US-Raumfahrtbehörde Nasa, das Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). Damit konnte auch verstecktes Deuterium aufgespürt werden.

Flüssiges Deuterium hat sich vor Astro-Geräten versteckt

Mit anderen Techniken können Astronomen nur gasförmiges Deuterium leicht entdecken, FUSE hingegen registriert auch Deuterium, das sich in interstellaren Staubkörnern verflüssigt hat.

Mit dem High-Tech-Gerät FUSE konnte Linskys Team nun zeigen, dass nicht ganz so viel vom ursprünglichen Deuterium zerstört ist, wie Astronomen bislang dachten.

Die Forscher schließen aus ihren Messergebnissen, dass sich in den Sternen wesentlich weniger Deuterium in Helium oder schwerere Elemente verwandelte. Nach Angaben der Astrophysiker wäre es aber auch möglich, dass einfach mehr kurz nach dem Urknall entstandenes Deuterium in unsere Galaxie gelangt ist, als man bislang angenommen hatte.

Sollten die Messungen wirklich stimmen, dann müssten die Theorien zur Entstehung von Sternen und Galaxien geändert werden, berichtet Studienleiter Linsky. Die Untersuchungen seines Teams werden in den nächsten Tagen in der Fachzeitschrift "The Astrophysical Journal" publiziert.

Auf der Suche nach Erklärungen

Angesichts dieser womöglich weitreichenden Folgen fordert der Kosmologe Brian Fields von der University of Illinois, zunächst zu klären, warum wirklich noch so viel Deuterium in der Milchstraße ist.

Frank van den Bosch vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg überraschen die Ergebnisse von Linskys Team nicht, im Gegenteil: Es sei immer zu wenig Deuterium nachgewiesen worden, so der Kosmologe zu SPIEGEL ONLINE.

Wenn man vergleiche, wie viel Deuterium in unserer Galaxie vorkomme und wie viel der ebenfalls superleichten Elemente Helium und Lithium, dann habe im Prinzip immer eine gewisse Menge dieses Wasserstoff-Isotops gefehlt.

Dass dieser Anteil am galaktischen Deuterium nicht zerstört ist, sondern wirklich noch existiert - wenn auch in einer anderen, nämlich flüssigen Form -, würde den Widerspruch erklären, sagte van den Bosch.

Quelle : www.spiegel.de

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Physik- Nobelpreis: Spuren vom Anbeginn der Welt gelesen
« Antwort #16 am: 03 Oktober, 2006, 14:47 »
Zwei US-Astrophysiker erhalten den Nobelpreis für ihre Arbeit zur Mikrowellenstrahlung im All. Erst damit sei die Kosmologie eine echte Wissenschaft geworden, begründete das Nobel-Kommitee - geistig sind die US-Forscher Erben des Deutschen Max Planck.

George Smoot erreichte der Telefonanruf mitten in der Nacht: Herzlichen Glückwunsch, Herr Professor, Nobelpreis! "Ich war überrascht, dass die überhaupt meine Nummer hatten", sagte er später. "Eine große Ehre und Anerkennung", sagte John Mather, "die Entdeckung war ja auch wirklich fabelhaft." - Welcher Wissenschaftler würde das nicht über sein Lebenswerk sagen. Ursprünglich hätten aber weder er noch Smooth überschaut, wie wichtig ihre Entdeckung sei, sagte Mather.

Das Nobelkomitee, das am heutigen Dienstag die Entscheidung für Smoot und Mather begründete, sah das ganz anders: Die Messungen der beiden Astrophysiker hätten "den Beginn der Kosmologie als exakte Wissenschaft gekennzeichnet." Und die beiden US-Amerikaner können sich zudem noch als die geistigen Enkel von Max Planck schätzen, jenem deutschen Physiker, der im Jahr 1918 den Nobelpreis erhalten hat - für eine Entdeckung, die Smooth und Mather auf das gesamte Universum übertragen haben.

Schnell meldeten die Nachrichtenagenturen: Forscher erhalten Nobelpreis für Bestätigung des Urknalls. Tatsächlich gehörten die beiden Astrophysiker zu den ersten, welche die Spuren des Anbeginns des Universums sichtbar machen konnten. Die kosmische Hintergrundstrahlung, oft auch als Echo des Urknalls bezeichnet, wurde indes schon in den siebziger Jahren entdeckt.

Zufällig Botschaft vom Anbeginn der Welt entdeckt

Es war reiner Zufall, dass der Deutsch-Amerikaner Arno Penzias und sein US-Kollege Robert Wilson 1964 die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckten. Die beiden arbeiteten damals in der Forschungsabteilung der Bell Telephone Company in New Jersey. Ihr Auftrag: Die Herkunft des lästigen Radiorauschens zu untersuchen, das die Kommunikation mit Satelliten störte. Mit Hilfe eines Instruments von der Gestalt eines riesigen, gebogenen Hörrohrs suchten sie nach der Quelle des Rauschens.

Zunächst hatten sie auf Taubendreck getippt. Das war falsch. 1964 maßen sie schließlich eine Strahlung im Mikrowellen-Frequenzbereich, die aus dem Weltall stammte, einer Temperatur von etwa 3,5 Kelvin (-270 Grad Celsius) entsprach und gleichmäßig aus allen Richtungen zu kommen schien.

Schon diese Entdeckung regte die Phantasie von Astrophysikern an. Denn jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts von -273,16 Grad Celsius (0 Kelvin) sendet auf Grund der Bewegungen seiner Elektronen ein leichtes Radiorauschen aus. Die Temperatur bestimmt dabei, wie stark der Körper auf einer bestimmten Wellenlänge strahlt. Daher ist der Effekt auch als Wärmestrahlung bekannt und baut auf Arbeiten Max-Plancks zur Schwarzkörperstrahlung.

Im Gedankenspiel eines perfekten Schwarzkörpers haben Physiker - theoretisch - einen Körper konstruiert, der selbst keinerlei Strahlung abgibt und elektromagnetische Wellen vollständig absorbiert.

Kosmologie: Von Spekulation zur harten Wissenschaft

In der Realität jedoch ist kein solcher Körper bekannt - und nach den Vorstellungen der Physik auch nicht möglich. Das ist der Grund, warum die Entdeckung der Radiotechniker Penzias und Wilson die theoretischen Physiker Robert Dicke und James Peebles von der Princeton University so sehr erregte: Ihnen war sofort klar, dass es sich bei den Mikrowellensignalen um Reste der Strahlung vom Anbeginn der Welt handeln konnte.

Gemessen hatte dieses Echo bis dahin noch niemand - geschweige denn die Milliarden Jahre alten Signale charakterisiert. Die gesamte Kosmologie, die Wissenschaft von der Entstehung des Universums, war lange Zeit eine höchst theoretische Angelegenheit gewesen - notgedrungen. Weil Forscher weder auf der Erde noch am Himmel Aufzeichnungen oder auch nur Spuren aus der fernen kosmischen Vergangenheit finden konnten, beschäftigten sie sich mit abstrakten Spekulationen: Wie könnte es gewesen sein? Doch nun endlich gab es Daten, mit denen man forschen konnte. 1978 erhielten Penzias und Wilson den Physik-Nobelpreis für ihre Entdeckung.

Satelliten auf der Suche nach dem Anbeginn

Die Mikrowellen aus dem All veränderten alles. Als am 18. November eine Rakete den Satelliten "Cobe" der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa ins All trug, verfügten Menschen erstmals über ein Messinstrument, das ungestört von der Erdatmosphäre der geheimnisvollen Strahlung auf den Grund gehen konnte - mit im Forschungsteam: John C. Mather vom Goddard Space Flight Center der Nasa im US-Bundesstaat Maryland und George F. Smoot vom kalifornischen Lawrence Berkeley National Laboratory.

Die beiden gehörten zu den ersten, die Messungen von "Cobe" auswerteten - und deuteten. Als die Strahlung entstand, muss das Universum rund 3000 Grad Celsius heiß gewesen sein, konnten die Forscher aus den Daten herauslesen. Heute sind es bloß noch 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Diese Abkühlung habe ausschließlich mit dem Szenario vom Urknall schlüssig erklärt werden können, betonte das Stockholmer Nobel-Komitee und seiner Erklärung vom heutigen Dienstag.

Mather und Smoot entdeckten in dem Rauschen aus dem All aber auch noch kleinste Temperaturunterschiede, abhängig von der Richtung, in die sie gemessen hatten. Diese Richtungsabhängigkeit wird mit dem sperrigen Begriff Anisotropie bezeichnet. Zwar geht es nur um Unterschiede in der Größenordnung weniger Hunderttausendstel Grad - doch gerade diese verraten den Forschern einiges darüber, wie das Universum überhaupt entstand und mit ihm Sterne und Galaxien. Bei exakter Gleichverteilung der Masse - und damit auch der Strahlung - im frühen Weltall hätten sich nie Strukturen wie unsere Milchstraße, das Sonnensystem und die Erde formen können.

Mit dem "Wmap"-Satelliten der Nasa erreichten Forscher bereits eine bessere Auflösung dieser Ungleichheiten. Die europäische Raumfahrtbehörde will Anfang 2008 ein Weltraumteleskop ins All schießen, von dem Forscher sich weitere Details über die Kindertage des Universums erhoffen. Es trägt den Namen "Planck" - nach dem Physiker, ohne dessen Vorarbeit heutige Wissenschaftler das kosmische Rauschen wohlmöglich nicht einmal richtig hätten deuten können.

Seine geistigen Enkel Mather und Smoot werden am 10. Dezember vom schwedischen König Carl Gustav XVI. die Medaillen mit dem Konterfei Alfred Nobels überreicht bekommen.

Quelle : www.spiegel.de
« Letzte Änderung: 03 Oktober, 2006, 18:32 von SiLencer »

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Quantenphysik: Erste Teleportation zwischen Licht und Materie
« Antwort #17 am: 06 Oktober, 2006, 11:49 »
Das "Beamen" von Menschen auf fremde Planeten bleibt zwar Science-Fiction-Fantasie, doch ein neues Experiment lässt zumindest Verschlüsselungs-Experten hoffen: Erstmals ist es Forschern gelungen, Eigenschaften von Atomen mit denen eines Lichtstrahls zu verschränken und sie so zu teleportieren.

Albert Einstein hat von einer "spukhaften Fernwirkung" gesprochen. Ihm war die ganze neue Mode, die sein Physiker-Kollege Max Planck mit dem unvorsichtigen Gerede vom Quantum losgetreten hatte, suspekt. Wenigstens das ist auch für Laien leicht nachvollziehbar: Quantenphysik liegt im großen Spektrum der Naturwissenschaften nicht eben auf der Seite des Gegenständlichen. Am besten ist es, man vergisst alle Vorstellungen aus der bekannten Welt und akzeptiert bereitwillig die vertrackten Grundannahmen, die in der Quantenwelt nun einmal gelten.

Dazu gehört auch die Verschränkung: Die Eigenschaften zweier Teilchen bleiben voneinander abhängig, auch wenn die beiden Partner sich an völlig unterschiedlichen Orten befinden. Ändert man die Eigenschaft bei einem von ihnen, ändert sie sich auch beim anderen. Ebenso seltsam mutet an, dass man Quantenzustände nicht messen kann, ohne sie damit zu manipulieren. Ein Paradox: Ohne Messung kein Wissen über den Zustand, nach der Messung kein Zustand ohne Veränderung.

Diese Phänomene - die gemessen an der Erfahrung aus der Alltagswelt wahlweise an Zirkusexperimente oder Esoterik erinnern mögen - haben Wissenschaftler bereits anhand von Lichtteilchen vorgeführt. Der Österreicher Anton Zeilinger etwa hatte Lichtteilchen auf unterschiedlichen Seiten der Donau miteinander verschränkt. Sein Beitrag in der Wissenschaftszeitschrift "Nature" aus dem Jahr 1997 landete prompt auf der Top-10-Liste der am häufigsten zitierten wissenschaftlichen Aufsätze des Jahres 1998 (nach Zählweise des "ISI Web of Science") - der des populären Physikstücks lautete "Experimental Quantum Teleportation".

Dänische Forscher verschränken Materie und Licht

Teleportation, das ist das Wort, mit dem die spukhafte Extremphysik auch die Aufmerksamkeit Fachfremder erregen kann. Für Science-Fiction-Fans klingt es nach dem fantasievollen Transportweg vom "Raumschiff Enterprise" auf fremde Planeten. Banker, Geheimdienstler und Sicherheitsfachleute hingegen träumen von der absolut abhörsicheren Übertragung sensibler Daten. Für Star-Trek-Fans birgt der Bericht in der aktuellen Ausgabe von "Nature" nur wenig neues - Kryptografie-Interessierte hingegen dürften aufhorchen.

Erstmals ist Wissenschaftlern die Quanten-Teleportation zwischen Licht und Materie gelungen, konkret zwischen einem Laserstrahl und einem kleinen Häufchen Gasatomen. Der Zustand zwischen diesen beiden Medien sei erfolgreich ohne physischen Kontakt über eine Strecke von 50 Zentimetern verschränkt worden, schreibt eine Forschergruppe um Eugene Polzik vom Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen in einem "Nature"-Beitrag.

Polziks Team war von Ignacio Cirac vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München unterstützt worden. Er war es, der vor anderthalb Jahren auf die entscheidende Idee gekommen war: eine gemeinsame Eigenschaften zweier unterschiedlicher Systeme - wie Licht und Materie - zu verschränken. Im vorliegenden Experiment ist das die harmonische Schwingung.

Erfolgreich in 64 Prozent der Versuche

Die Forscher haben rund eine Billion Cäsium-Atome in einem kleinen Glaswürfel gefangen. Ein starkes Magnetfeld richtete den magnetischen Drehimpuls ("Spin") der Atome gleich, damit hatten sie quasi alle eine identische Eigenschaft. Dann jagten Polzik und seine Kollegen einen kurzen Laserimpuls durch den Glaskörper. Dabei verschränkte sich quantenphysikalisch gesehen der Spin der Atome mit der Polarisation des Lichtstrahls.

Dann kreuzten die Physiker den ersten Laserstrahl mit einem zweiten Lichtstrahl, dessen Polarisation teleportiert werden sollte. Die Polarisation dieses Lichtmixes wurde gemessen und das Ergebnis anschließend zur Spule zurückübertragen, die einen entsprechenden Magnetimpuls im mit Cäsium-Atomen gefüllten Glaswürfel erzeugte.

So gelang es den Forschern in rund zwei Dritteln aller Versuche, die Polarisation des zweiten Laserstrahls in Form von Spins auf Cäsium-Atome zu übertragen - das sind mehr als jene 50 Prozent, die man bei einem nicht verschränkten System erwarten würde. Erfolgreiche Verschränkung in 64 Prozent der Fälle, das ist noch kein Traumwert, doch das Experiment fand auch bei Zimmertemperatur statt. Würde das Cäsium heruntergekühlt, würden die Atome sich weniger heftig bewegen - und so die Qualität der Übertragung auch weniger beeinträchtigen.

"Das ist ein weiterer Schritt nach vorne, weil zum ersten Mal zwischen Licht und Materie teleportiert wurde. Das eine ist Informationsträger, das zweite Speichermedium", sagte Quantenphysiker Polzik. Verschlüsselungsexperten, die etwa davon träumen, Geheimcodes der Quantenverschränkung über weite Strecken zu übertragen, macht das Experiment Mut: Es zeigt, wenngleich im frühen Laborstadium, den Aufbau eines möglichen Verstärkers, weil die im Laserlicht verschränkte Information auf Materie übertragen und so gespeichert werden konnte.

Würde ein solcher Strahl voller Geheimnisse unterwegs einfach abgefangen und mitgehört, würde dadurch Information zerstört, so die Lehre der Quantenphysik. "Die Übertragung von Quanteninformation kann bedingungslos sicher gemacht werden", sagte Polzik - auch wenn sie Laien wie ein Spuk erscheint.

Quelle : www.spiegel.de

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Physiker messen Quantenzustände mit elektrischem Strom
« Antwort #18 am: 07 Dezember, 2006, 12:13 »
Einen Schritt näher an einem Quantencomputer aus Phosphor und Silizium

Physiker der Technischen Universität München, der University of Utah und des Hahn-Meitner-Instituts in Berlin-Adlershof sind der Realisierung eines Quantencomputers aus Phosphor und Silizium einen Schritt näher gekommen. Eine Kombination aus elektrischen, magnetischen und optischen Effekten erlaubt es, den magnetischen Zustand der Phosphoratome zu bestimmen.

Ursprünglich haben Klaus Lips, Projektleiter am Hahn-Meitner-Institut Berlin, und Christoph Böhme, jetzt Assistenzprofessor an der University of Utah, ihre Materialien mit Licht, Magnetfeldern und kurzen Mikrowellenimpulsen traktiert, um zu untersuchen, wie gut sie sich für Solarzellen eignen. Vor zwei Jahren hatten sie und ihre Kollegen um Martin Brandt von der Technischen Universität München dann die Idee, die Methode für ein Konzept zu verwenden, mit dem eines Tages vielleicht ein Quantencomputer realisiert werden könnte. Dem Forscherteam, dem auch die Münchener Doktoranden Andre Stegner und Hans Hübl angehören, ist nun dafür der experimentelle Beweis gelungen. Magnetische Informationen, die in Phosphoratomen eines Siliziumkristalls gespeichert sind, lassen sich über ein Messverfahren auslesen.

Die neue Messmethode wurde am Hahn-Meitner-Institut für Photovoltaikmaterialien entwickelt. Die Berliner Forscher diagnostizieren damit Fehler im Aufbau von Siliziumkristallen - denn solche Kristalldefekte verringern in Solarzellen den Wirkungsgrad. Um Fehler besonders genau erkennen zu können, nutzten die Physiker die Tatsache aus, dass Elektronen einen so genannten Spin besitzen.

Durch den Spin verhalten sich die Elektronen, aber auch die Atomkerne des Phosphors wie kleine Stabmagnete. Bereits 1998 hatte der amerikanische Physiker Bruce Kane deshalb vorgeschlagen, einen Quantencomputer zu realisieren, indem man einzelne Phosphorkerne nutzt, die in einem Siliziumkristall eingebettet sind. Wegen ihrer magnetischen Eigenschaften eignen sie sich dafür, Informationen zu speichern und zu verarbeiten.

Der große Vorteil dieses Konzepts: Es könnte sich beispielsweise mit Elektronik auf Siliziumchips verbinden lassen.

Bevor das Konzept realisiert werden kann, müssen allerdings noch viele Hürden genommen werden. Erstens müssen die Phosphoratome und Kristalldefekte mit einer Genauigkeit von weniger als einem Milliardstel Meter in dem Siliziumkristall angeordnet werden. Zweitens muss der Quantencomputer programmiert und zum Rechnen gebracht werden. Drittens muss am Schluss die in den Kernen der Phosphoratome kodierte Information ausgelesen werden.

"Für den letzten Schritt eignet sich im Prinzip unsere Methode", sagt Klaus Lips. Allerdings benötigen die Forscher derzeit die Elektronen von mindestens 10.000 Phosphoratomen, um ein Signal zu messen. In einigen Jahren werde es aber möglich sein, den magnetischen Zustand eines einzelnen Phosphorkerns zu erkennen, was für den Bau eines Quantencomputers nötig wäre, meint Lips.

Quelle : www.golem.de

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Lichtleiter im Nanoformat
« Antwort #19 am: 09 Januar, 2007, 17:50 »
In einem Nanoröhrchen aus Aluminium von nur 0,3 Mikrometer Durchmesser haben vier Physiker des Boston College noch ein zentrales Kohlenstoffröhrchen und Silizium als Dielektrikum untergebracht. Das Ganze bildet einen Wellenleiter für Licht, der wie das an Funkantennen oder der Kabel-TV-Dose hängende Koaxkabel funktioniert. Das TV-Koax ist aber zehn- bis dreißigtausendmal so dick wie die Nanovariante. Zum Einkoppeln der Energie steht ein Ende des inneren Röhrchens etwas über, es agiert als Lichtantenne.

Im Labor hat man mit dem Nanokoax rotes und grünes Licht übertragen. Die längste realisierte Leitung maß gerade mal 20 µm; die Ausbreitungsgrenze soll nach einem Bericht des New Scientist ohnehin bei nur etwa 100 Wellenlängen liegen – 50 bis 80 µm, also weniger als ein Zehntel Millimeter. Als Glasfaserersatz taugt Nanokoax folglich nicht. Praktische Anwendbarkeit vermuten die Bostoner vielmehr in Quantencomputern oder on-chip in optischen Prozessoren. Felder aus dicht gepackten, mit photovoltaischem Material statt Silizium gefüllten Nanokoaxen versprechen eine höhere Energieausbeute als heutige Solarzellen. Weiter stellt man sich vor, dass solche Felder auch als künstliche Netzhaut von Makuladegeneration Betroffenen einen Teil ihrer Sehfähigkeit wiedergeben könnten.

Quelle : www.heise.de

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Falsches Verständnis bremst Fortschritt bei Quantencomputern
« Antwort #20 am: 24 Januar, 2007, 14:53 »
Der theoretische Physiker David Deutsch ist der Meinung, dass man wichtige Forschungsarbeiten zum Quantencomputer "gut und gerne auch schon in den 50ern, und selbst in den 30ern" hätte machen können. In einem Interview im Rahmen eines 16-seitigen Schwerpunktes zum Thema Quantenphysik in der neusten Augabe des Technologiemagazins Technology Review erklärt der zurzeit wohl prominenteste Vertreter der so genannten Multiversum-Theorie, warum er glaubt, dass unendlich viele Universen existieren.

Nach dem von den meisten Physikern akzeptierten "Kopenhagener Konsens" muss man einfach damit leben, dass sich Systeme in der Quantenwelt anders verhalten als in der makroskopischen Welt. Die alte Prämisse, nach der jede Wirkung auch eine eindeutige Ursache hat, und sich umgekehrt von einer Ursache auf eine eindeutige Wirkung schließen lässt, scheint in der Welt der kleinsten Teilchen aufgehoben: Erst beim eigentlichen Messprozess konkretisiert (im Fachjargon "kollabiert") eine Überlagerung der verschiedenen möglichen Zustände in einen bestimmten ("objektiven") Zustand, nämlich den gemessenen.

Deutsch hält dies für unmöglich: "Ich habe damals an der Frage geforscht, welche Mechanismen zum Beispiel welche Aspekte des Bewusstseins ein Universum auswählen und real machen und dafür sorgen, dass die anderen Universen reine Möglichkeiten bleiben. Als ich das versucht habe, wurde mir klar, dass es nicht geht. Die einzige funktionierende Alternative ist die Hypothese, dass alle Universen real und immer noch vorhanden sind." Er ist davon überzeugt, dass seine Interpretation der Quantenmechanik mehr und mehr Anhänger finden wird. "Jüngere Menschen sind offener dafür", sagt er. "Außerdem, und das ist wichtiger, ändert sich das philosophische Klima zurück dahin, die Realität zu respektieren."

Doch trotz des andauernden Streites um die physikalische Interpretation der Theorie gelingt es immer besser, die Welt der Quanten für ganz konkrete Produkte nutzbar zu machen: Das kanadische Unternehmen D-Wave Systems beispielsweise will nächstes Jahr einen Quantenprozessor auf den Markt bringen – erster Vorbote einer neuen Generation "Mimosenhafter Superrechner", von denen sich Physiker schon lange wahre Wunder an Rechenleistung versprechen. Und auch die Sicherheitsspezialisten profitieren von der absolut sicheren Verschlüsselung mit Hilfe von Quantenkryptographie.

Quelle : www.heise.de

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Quantenzauberei: Forscher beamen erstmals Licht
« Antwort #21 am: 08 Februar, 2007, 11:46 »
Kann man Licht einfangen? Ja. US-Physiker haben Laserlicht in einer extrem kalten Substanz gestoppt, gespeichert und dann andernorts wieder austreten lassen. Der verblüffende Quanteneffekt könnte eines Tages zur Speicherung von Informationen genutzt werden.

Jedes Kind stellt sich irgendwann einmal die Frage, ob man Licht fangen kann - all jene, die die Suche nach einer Antwort nicht loslässt, werden womöglich Physiker. Lene Vestergaard Hau und ihre Kollegen von der Harvard University haben bereits 1999 gezeigt, dass man Licht abbremsen kann. Ein paar Jahre später gelang es dem Team der dänischen Physikerin sogar, einen Laserstrahl in einem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat ganz zu stoppen.

Quantenmechanischer Trick: Licht speichern und an anderer Stelle wieder abrufen

In diesem extremen Aggregatzustand vereinen sich bei Temperaturen sehr nahe des absoluten Nullpunkts von Minus 273,15 Grad Celsius alle Atome einer Substanz zu einer Art Superatom. Das bedeutet, dass sich die Atome sozusagen im Gleichschritt bewegen, sie befinden sich im selben quantenmechanischen Zustand.

Nun ist Hau und ihren Kollegen der nächste Coup geglückt: Sie haben einen Laserstrahl in einem Bose-Einstein-Kondensat verschwinden und anschließend aus einem zweiten, einen zehntel Millimeter davon entfernten Kondensat wieder austreten lassen. Das Licht wurde also gespeichert, gebeamt und wieder abgerufen.

Das Bose-Einstein-Kondensat bestand aus etwa zwei Millionen Natriumatomen, berichten die Forscher im Wissenschaftsmagezin "Nature" (Bd. 445, S. 623). In dieses System sandten sie einen Laserimpuls, der den Takt dieses Gleichschritts des Superatoms beeinflusste. Die im Laser enthaltene Information wurde so auf das Bose-Einstein-Kondensat übertragen.

"Quantenzauberei"

Bis dahin war der Ablauf der Experimente nichts Ungewöhnliches. Kohärentes Licht in die Spins von Atomen einzuprägen, gehöre zu den "Standards der Quantenzauberei", schreibt der Kaiserslauterner Physiker Michael Fleischhauer in einem Kommentar in "Nature". Spannend für die Wissenschaftler war jedoch der zweite Teil des Experiments: Hau und ihre Kollegen konnten nämlich Sekundenbruchteile später in dem zweiten, mehr als einen zehntel Millimeter entfernten Bose-Einstein-Kondensat den Laserimpuls wiederaufleben lassen. Das zweite Kondensat sandte einen Laserimpuls aus, der dem ersten exakt glich.

Wie gelangte die Information über das gespeicherte Licht von einem Kondensat zum nächsten? Über sogenannte Messenger-Atome, die in Wellenform überspringen, erklärt Fleischhauer von der TU Kaiserslautern im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Die Atome bekommen einen Impuls übertragen und laufen als Wellenpaket aus dem ersten Bose-Einstein-Kondensat heraus." Ein Atom kann zugleich als Welle als auch als Teilchen betrachtet werden - ein typisches Quantenphänomen.

Anwendung optische Datenübertragung

Diese Wellenpakete erreichen das benachbarte Kondensat und verändern dessen Zustand. Allerdings passiert dort zunächst nicht. "Die Atome im zweiten Kondensat würden von allein in dem Spinzustand bleiben. Der Zustand ist relativ stabil", sagt Fleischhauer. Es bedürfe einer zusätzlichen Stimulierung durch einen Laser, damit das gespeicherte Licht emittiert werde.

Genau das hat das Team von Hau dann getan. Das zweite Kondensat sandte daraufhin jene Lichtinformationen aus, die im ersten Kondensat gespeichert worden waren. Die Intensität war jedoch deutlich geringer als beim Original: Sie betrug nur ein Fünfzigstel.

Das störte die Physiker jedoch nicht besonders. Entscheidend für sie war, dass es ihnen gelungen war, Laserlicht zu speichern und an anderer Stelle wieder auftauchen zu lassen. Das Ganze ist weit mehr als eine quantenmechanische Spielerei: Der Effekt könnte dazu genutzt werden, um Informationen aus Licht zwischenzuspeichern, etwa an einem überlasteten Hub eines Netzwerkes, in dem Daten optisch übertragen werden. Auch könnten mithilfe von Bose-Einstein-Kondensatoren hochempfindliche Messgeräte gebaut werden, um beispielsweise die Gravitationskraft zu messen.

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Erster Quantenprozessor der Welt vorgestellt
« Antwort #22 am: 14 Februar, 2007, 13:03 »
Das kanadische Start-up D-Wave Systems hat in Kalifornien einen Quantenprozessor mit 16 Qubits vorgestellt. Die Qubits werden von je einer kreisförmigen supraleitenden Stromschleife aus dem Metall Niob dargestellt. Die Betriebstemperatur des Prozessors beträgt 5 Millikelvin, 0,005 Grad über dem absoluten Nullpunkt. "Unser Durchbruch in der Quantentechnologie ist ein wichtiger Fortschritt bei der Lösung wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Probleme, die bislang nur schwer in den Griff zu bekommen waren", erklärte D-Wave-Systems CEO Herb Martin.

Der bestechende Vorzug eines Quantencomputers ist seine hochparallele Arbeitsweise. Während ein klassisches Bit nur entweder den Wert Null oder den Wert Eins haben kann, darf ein so genanntes Quantenbit oder Qubit beide Werte zugleich annehmen (quantenmechanische Superposition). Ein PC mit 16 Bits kann nur einen von 64.000 binären Werten kodieren. Mit den 16 Qubits des in Kalifornien vorgestellten Quantenprozessors lassen sich dagegen 64.000 binäre Werte gleichzeitig verarbeiten – eine Vorstufe zu künftigen Quantenrechnern, die wegen ihrer hochparallelen Arbeitsweise eines Tages komplizierte Berechnungen wie Datenbanksuchen, Faktorisierungen oder Optimierungsprobleme deutlich schneller als herkömmliche Computer bewältigen sollen.

Ein marktreifes Produkt will D-Wave Systems 2008 ausliefern. Das Unternehmen plant bereits einen Quantenprozessor mit 1000 Qubits, dessen Prototyp ebenfalls im kommenden Jahr fertig sein soll.

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Lautloser Ur-Knall
« Antwort #23 am: 20 Februar, 2007, 10:24 »
Der Urknall fand zu keinem Zeitpunkt an keinem Ort, aber zugleich an jedem Punkt dieses Universums statt

Es liegt in der Natur des Urknalls, dass Astrophysiker bislang noch keinen direkten Beweis seiner "Echtheit" finden konnten. Wenngleich die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und die Rotverschiebung die Richtigkeit der Big-Bang-These untermauern, so haben sie aber bestenfalls nur Indiziencharakter. Eine Erkenntnis ist indes sicher: Sollte der Urknall wirklich den Raum kreiert und den Zeitpfeil auf seine unendliche (?) Reise geschickt haben, ist zumindest klar, "wann" und "wo" er sich (nicht) "ereignete"...

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Quantenphänomen: Physiker schauen Elektronen beim Tunneln zu
« Antwort #24 am: 05 April, 2007, 20:10 »
Der Tunnel-Effekt gehört zu den bizarrsten Phänomenen der Quantentheorie. Blitzschnell können Teilchen aus dem Mikrokosmos eine Barriere überwinden, ohne über sie hinweg springen zu müssen. Erstmals haben Physiker nun Elektronen beim Tunneln beobachtet.

Wenn der Berg zu hoch ist, dann gräbt man am besten einen Tunnel, um auf die andere Seite zu gelangen. Leider sind Tunnel aber eine ziemlich teure Sache, weshalb der Mensch nur selten Gänge quer durch Felsen fräst oder sprengt. Elektronen haben es da leichter: Sie können einfach so durch einen Wall tunneln, ohne dass jemand zuvor einen Weg gebahnt hat - die Quantenmechanik macht's möglich. Auf diese Weise verlassen sie die Elektronenhülle des Atoms - übrig bleibt ein positiv geladenes Ion.


Nun hat ein deutsch-österreichisch-holländisches Physikerteam erstmals Elektronen beim Tunneln beobachtet. Mit kurzen Laserimpulsen konnten Ferenc Krausz vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München und seine Kollegen diskrete Ionisationsstufen nachweisen, die nicht einmal ein Billiardstel Sekunde dauerten. Sie brachten Elektronen zum Tunneln, also zum Verlassen des Atoms, und wiesen den Effekt anhand der ionisierten Atome nach. Die Forscher bezeichneten ihre Arbeit als einen "Meilenstein", der helfe, ein tieferes Verständnis von der Bewegung der Elektronen in Atomen und Molekülen zu gewinnen.

Bei dem Berg, den die Elektronen durchlaufen, handelt es sich um einen sogenannten Potentialwall - aufgebaut durch die Anziehungskräfte im Atomkern. Um ihn auf klassischem Weg zu überwinden, müssten die Elektronen auf ein höheres Energieniveau gehoben werden. Dank des Tunneleffekts geht es jedoch auch auf dem kurzen Weg direkt durch den Potentialwall.


Wegen ihres Wellencharakters können Elektronen den Wall mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit durchqueren und das Atom verlassen. Dabei durchlaufen sie Gebiete, in denen sie sich nach den Gesetzen der klassischen Physik gar nicht aufhalten dürften. Der Tunnel-Effekt ist übrigens nicht auf kleine Teilchen beschränkt. Prinzipiell ist er auch bei makroskopischen Objekte denkbar. So kann ein Auto mit einer von Null verschiedenen Wahrscheinlichkeit eine Mauer durchqueren, ohne dabei Schaden zu nehmen. Dabei müsste jedes einzelne Teilchen des Autos die Potentialbarriere der Wand durchtunneln. Die Wahrscheinlichkeit, das dies geschieht, ist jedoch so extrem klein, das das Phänomen außerhalb des Mikrokosmos noch nie beobachtet worden ist.

Tunneln mit Attosekundenpräzision

In der Welt der Quantenteilchen gehört das Tunneln hingegen gewissermaßen zum Alltag: Das Phänomen wird für so verschiedene Prozesse wie den Zerfall von Atomkernen oder den Schaltvorgang in elektronischen Bauelementen verantwortlich gemacht. Weil das Tunneln aber nur eine unglaublich kurze Zeit dauert, ist es noch nie in Echtzeit beobachtet worden.


Das Team von Krausz nutzte bei seinem Experiment zwei miteinander synchronisierte Laser: ein intensiver Puls aus nur wenigen Wellenzügen roten Laserlichts, und ein extrem kurzer Puls im UV-Bereich. Mit nur 250 Attosekunden dauernden ultravioletten Laserpulsen bestrahlten sie Neonatome. Die Zeitdauer entspricht einer Viertel Billiardstel Sekunde. Dadurch wurden die Neonatome für das spätere Tunneln präpariert, denn die Elektronen gelangten an die Peripherie des Atoms. Mit den roten Laserpulsen konnten Neonatome anschließend ionisiert werden, berichten die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Nature" (Bd. 446. S. 627).

Dem Team von Krausz gelang es nach eigener Aussage, "mit Attosekundenpräzision" zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Laserwelle ein Elektron an die Peripherie befördern. Die Forscher verschoben diesen Zeitpunkt Schritt für Schritt, und maßen dabei die Zahl der Atome, die vom Laser ionisiert wurden. Auf diese Weise konnten sie den zeitlichen Verlauf der Ionisierung rekonstruieren. Das Tunneln fand immer genau dann statt, wenn die Atome sich in der Nähe der höchsten Wellenberge des roten Laserlichts befanden - genau wie es die Theorie vorhergesagt hatte.

Quelle : www.spiegel.de

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e^{i \pi} +1 = 0 \, - zum 300. Geburtstag von Leonhard Euler
« Antwort #25 am: 15 April, 2007, 07:29 »
Am 15. April 1707 wurde Leonhard Euler im schweizerischen Basel geboren.. Mathematiker wie Henri Poincaré feierten ihn als "Gott der Mathematik". Viele heute noch gebräuchliche mathematische Symbole gehen auf sein umfangreiches Werk mit über 800 Titeln zurück. Er begründete die Graphentheorie und die Topologie und etablierte den Zweig der angewandten Mathematik mit Berechnungen zur Statik, dem Verhalten von Flüssigkeiten und Wahrscheinlichkeitsberechnungen für Versicherungen und Lotteriegesellschaften.

Mit einem im Titel angeführten Spezialfall der Eulerschen Identität entwickelte er nach weit verbreiteter Ansicht die schönste Formel der Mathematik. Mit seinen insgesamt 200 "Lettres à une princess d'Allemagne sur quelques sujets de physique et de philosophie" an die Prinzessin von Anhalt-Dessau, einer Nichte Friedrichs des Großen, erwies sich der streng gläubige Euler als Protagonist der Aufklärung, die Wissenschaft auch für Laien verständlich zu machen. In den Briefen popularisierte Euler erstmals die Wellentheorie des Lichts, eine Theorie, die später Maxwell und Faraday aufgriffen.

Eulers Geburtstag wird in Basel, Berlin und St. Petersburg gefeiert, den drei Städten, in denen er sein gesamtes Leben verbrachte. Bis zum 30. April gastiert im Foyer der Humboldt-Universität die Ausstellung "Leonhard Euler – zwischen Wunderdingen und Zahlenspielen" im Rahmen des Projektes Euler 300. Bis zum 9. Juni zeigt die öffentliche Bibliothek der Universität Basel eine Ausstellung unter dem Titel: "Leonhard Euler und die Wonnen der Wissenschaft".

Als ältester Sohn eines Pfarrers sollte Leonhard Euler auch Pfarrer werden, doch der berühmte Mathematiker Johann Bernoulli, ein Freund der Familie, erkannte die herausragende mathematische Begabung von Euler, die er mit Privatunterricht förderte. 1726 promovierte Euler mit einer Arbeit über den Schall, wurde in Basel aber als zu jung für eine Professur erachtet. Im aufstrebenden Russland, das Forschungstransfer im großen Stil betrieb, konnte er mit zwanzig Jahren die Professur eines verstorbenen Sohnes von Bernoulli an der Universität St. Petersburg übernehmen. Hier lebte und forschte er 15 Jahre, bis er von Friedrich dem Großen an die Berliner Akademie berufen wurde. Euler nahm den Ruf an, weil Russland unsicher wurde, wurde aber in Berlin nicht wirklich anerkannt: Friedrich der Große titulierte den auf einem Auge erblindeten Euler spöttisch als "mein Zyklop". Nach 25 Jahren in Berlin ging Euler 1766 nach St. Petersburg zurück. Euler erblindete vollends 1771, dennoch stieg seine Produktivität und wuchs sein Werk stark an. Mit einem Kind auf dem Arm und der Katze im Nacken diktierte er seine Formeln, Beweise und Berechnungen: Euler dürfte einer der wenigen Mathematiker gewesen sein, die das laute Geschrei der Kinder, später der Enkel und Urenkel als Inspiration brauchten. Leonhard Euler starb am 18. September 1783 inmitten der Berechnungen der Bahn des vor kurzem entdeckten Planeten Uranus.

Im heutigen Sprachgebrauch ist Euler vor allem wegen der ihm zu Ehren so benannten Eulerschen Zahl e bekannt. Mitunter wird er aufgrund der Euler'schen Quadrate auch zum "Vater des Sudoku" erklärt. Die Computerwissenschaften ehrten den großen Mathematiker mit der mathematischen Experimentiersprache Euler.

Quelle : www.heise.de

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MAGNET- SCHIRM - "Enterprise"-Technik soll Raumschiffe schützen
« Antwort #26 am: 20 April, 2007, 13:29 »
"Schilde hoch", lautet der Befehl auf "Raumschiff Enterprise". In der wirklichen Welt sind Astronauten nicht feindlichem Beschuss, sondern dem Strahlen-Angriff der Sonne ausgesetzt. Jetzt basteln Forscher an einem Schutzschild nach Science-Fiction-Vorbild.

Dass Neil Armstrong und seine Kollegen ihre Füße auf den Mond setzen konnten, wohlbehalten zur Erde zurückkehrten und anschließend lange Jahre gesund blieben, war im Grunde ein reiner Glücksfall. Hätte heftige Sonnenaktivität die Besatzung von "Apollo 11" während ihres Fluges überrascht, hätte harte Strahlung die hauchdünne Außenhülle des Raumschiffs durchdrungen und den Innenraum geflutet. Akute Strahlenkrankheit oder gar der Tod der Astronauten wären die Folgen gewesen.

Bei den Mondflügen war die Gefahr noch überschaubar: Die Astronauten waren nur etwa zehn Tage im All. Auf einer permanenten Mondbasis oder während eines Fluges zum Mars - beides hat US-Präsident George W. Bush der Nasa als Ziel vorgegeben - wären die Besatzungen der Strahlungsgefahr weit länger ausgesetzt. Ein Schutzraum mit dicken Metallwänden aber, wie es ihn an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) gibt, würde ein Langstrecken-Raumschiff viel zu schwer machen.

Britische Wissenschaftler haben sich jetzt eine futuristische Lösung ausgedacht: Sie wollen Astronauten mit einem magnetischen Schutzschirm vor Strahlung schützen - "Raumschiff Enterprise" lässt grüßen. Die Idee dahinter: Um das Raumfahrzeug wird ein Magnetfeld aufgebaut, das mit ionisiertem Gas - sogenanntem Plasma - gefüllt ist. Wenn die geladenen Partikel von der Sonne auf diese Blase treffen, werden sie abgebremst und umgelenkt.

Mini-Version der irdischen Magnetosphäre

Die Forscher halten dieses nach Science Fiction klingende Unterfangen für durchaus realistisch. "Unsere Arbeit ist keinesfalls nur theoretisch", sagt Ruth Bamford vom Rutherford Appleton Laboratory im englischen Chilton. "Schließlich besitzt die Erde einen solchen Schutzschirm, der gut funktioniert." Der Schild für Raumschiffe sei quasi eine Miniversion der irdischen Magnetosphäre.

Bamford und ihre Kollegen haben ihr Konzept jetzt auf der Tagung der britischen Royal Astronomical Society in Preston vorgestellt. Die Experimente sollen bereits in den nächsten Monaten beginnen. Die Forscher wollen zunächst eine magnetische Blase von der Größe eines Fingerhuts aufbauen - "um zu zeigen, dass die Physik hinter der Idee korrekt ist", erklärte Bamford im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Ein Gerät aus der Plasmaforschung soll den Sonnenwind im Labor simulieren. Dann werde man die kleine magnetische Blase in den Teilchenstrom halten und sehen, ob die Barriere dauerhaft hält.

"So etwas funktioniert schon mit einem Elektromagneten oder einer einfachen Batterie", erklärt Bamford. "Alles, was man braucht, ist ein magnetisches Dipolfeld, wie es auch die Erde besitzt." Das eigentliche Problem sei nicht der prinzipielle Beweis, dass ein solcher Schutzschild funktioniert. "Es ist vor allem ein Konstruktionsproblem." Die Herausforderung sei, einen Schild für den Einbau in bemannte und unbemannte Raumschiffe zu entwickeln.

Möglicher Einsatz auf der Mondbasis

Das aber hält Bamford für keine allzu große Schwierigkeit, denn das Magnetfeld müsse nicht besonders stark sein. "Ein Feld mit einer Flussdichte von 15 Nanotesla reicht aus. Das ist etwa ein Zehntel dessen, was notwendig ist, um eine Kompassnadel zu beeinflussen." Das Magnetfeld um das Raumschiff könne durchaus einen Durchmesser von 20 bis 30 Kilometern besitzen.

Bamfords Kollege Mike Hapgood betont die Vorzüge des Plasma-Schutzschilds etwa für die geplante Mondbasis: Wenn Astronauten die schützenden Räume verließen, um die Oberfläche des Mondes zu erforschen, seien sie der Sonnenstrahlung ausgesetzt - egal, wie gut die Basis selbst abgeschirmt sei. Sonneneruptionen könne man aber nur sehr ungenau vorhersagen. "Man kann zwar gefährlichere Perioden eingrenzen, aber dann wäre man wochenlang in der Basis eingesperrt", meint Hapgood. Eine künstliche Magnetosphäre könne dagegen die Basis und ihr gesamtes Umfeld schützen.

Versuche mit Plasma-Schutzschilden laufen auch in den USA: Ein Team der University of Washington in Seattle arbeitet an einer Machbarkeitsstudie für einen Schutzschirm, bei dem ein Käfig aus dünnen Drähten die schützende Plasmawolke einsperren soll. Damit, argumentieren die Forscher um John Slough, ließe sich eine Abschirmung erreichen, die einer zentimeterdicken Aluminiumschicht entspreche.

Hoffen auf Test-Satelliten

1984 startete die Nasa das Projekt "Active Magnetospheric Particle Tracer Explorer". Drei Satelliten sollten die Wirkung des Sonnenwinds auf die Magnetosphäre erforschen. Einer von ihnen stieß eine Plasmawolke mit einem Durchmesser von mehreren tausend Kilometern aus, die die Satelliten vor dem Sonnenwind schützte. Allerdings gab es keine Vorrichtung, um das Plasma gefangen zu halten, weshalb es nach kurzer Zeit verschwunden war.

Bamfords Team hofft, in den nächsten Jahren die Mittel für einen Testsatelliten zu bekommen, um die Technik im All zu erproben. Ganz ohne Nachteile ist der Plasma-Schutzschirm freilich nicht. Kritiker wenden etwa ein, dass solche "aktiven" Schilde ausfallen können - im Gegensatz zu schützenden (passiven) Materialschichten. Auch ist nicht abschließend geklärt, welche Wirkung die Magnetfelder auf die Elektronik an Bord der Raumschiffe hätten.

"Die Ausrüstung könnte für einen solchen Einsatz entsprechend vorbereitet werden", meint Bamford. "Schließlich wäre es wenig sinnvoll, im All funktionierende Elektronik und tote Astronauten zu haben."

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Re: MAGNET- SCHIRM - "Enterprise"-Technik soll Raumschiffe schützen
« Antwort #27 am: 21 April, 2007, 01:24 »
Zitat
In der wirklichen Welt sind Astronauten nicht feindlichem Beschuss, sondern dem Strahlen-Angriff der Sonne ausgesetzt.
Noch nicht...

Aber in Fortsetzung der SDI-Pläne des hirnkranken Ex-Schauspielers sind die Amis bereits im Begriff, Weltraum-Waffen zu entwickeln, gegen die selbst recht widerstandsfähigige Konstruktionen wie Interkontinental-Raketen kaum zu schützen sind. Beispielsweise sind das enorm starke Laser, unüblich schnelle Geschosse und derlei mehr.

Und auch Mikro-Meteoriten mit 100 000 km/h wird ein solcher Plasma-Schirm sicher nicht abhalten können. Vor solchen schützen uns hier nur Dichte und Dicke der Atmosphäre, nicht Ladungen oder Felder.

Man sehe sich die Mondoberfläche an, um eine grobe Vorstellung zu erhalten, wovor wirklich geschützt werden müsste...
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"Antiker" Urknall
« Antwort #28 am: 22 April, 2007, 15:52 »
Die Kosmologen des Altertums waren nicht von "gestern"

Die hohe Schule der rein geistigen Fokussierung auf kosmologische Probleme beherrschten die griechischen und ionischen Philosophen der Antike par excellence. Fasziniert vom mediterranen kristallklaren Sternhimmel generierten sie einen kreativ-geistigen Urknall, der bis heute nachhallt: am stärksten in der Kosmologie. Ausgehend von dem Credo, dass nichts aus dem Nichts kommen kann, entwickelten sie ohne astronomische Instrumentarien Modelle und Theorien, die darauf abzielten, den Ursprung des Universums zu erklären. Auch wenn deren Theorien inzwischen überholt anmuten, so waren diese - gemessen an ihrer Zeit - erstaunlich progressiv.

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Real oder nicht real?
« Antwort #29 am: 20 Mai, 2007, 12:23 »
Die Quantenphysik revolutioniert unsere Vorstellung von der Realität

Wir gehen davon aus, dass die Wirklichkeit grundsätzlich da ist, ob sie nun gerade jemand beobachtet oder nicht. Die Quantenphysik bringt dieses Weltbild ins Wanken. Anders formuliert: Was ist wirklich da, wenn keiner schaut? Ein neues Experiment von Wiener Physikern stellt unser Konzept von Realität erneut in Frage.

Verschränkung ist einer der Zustände der Quantenwelt, der unser herkömmliches Konzept der Wirklichkeit sprengt.

Wenn der gesunde Menschenverstand sich mit der Quantenphysik konfrontiert sieht, wird ihm leicht schwindelig. Oder wie Niels Bohr es formulierte: "Diejenigen, die nicht schockiert sind, wenn sie zum ersten Mal mit Quantenmechanik zu tun haben, haben sie nicht verstanden."

Den meisten Menschen fällt es schwer zu verstehen, von was die Quantenphysiker reden, obwohl wir ihre Erkenntnisse ständig praktisch nutzen, zum Beispiel in Form des CD-Players. Gleichzeitig stellen diese Erkenntnisse in Frage, was wir als Fundament unseres Seins annehmen: eine Welt da draußen, die wir versuchen zu verstehen. Eine Welt, die da ist, unverrückbar und klar bestimmbar. Sie ist auch da, wenn keiner guckt, total real. Und die Wissenschaft hilft uns, diese Welt zu sehen und zu begreifen, Stückchen für Stückchen. Aber dann kommen die Quantenphysiker und alles beginnt zu bröckeln.

Es entspricht unserer alltäglichen Erfahrung, dass die Objekte um uns herum ganz bestimmte Eigenschaften besitzen und zwar kontinuierlich, ob wir nun gerade hinschauen oder nicht. Ein Baum ist ein Baum, er hat einen braunen Stamm und grüne Blätter und seine Wurzeln halten ihn an einem ganz bestimmten Ort in der Erde fest. Geht ein kleiner Wind, so bewegen sich seine Zweige vielleicht ganz leicht, aber wenn wir ihn ansehen, uns abwenden und ihn danach wieder betrachten, wird er seine grundlegenden Eigenschaften beibehalten haben.

Also gehen wir davon aus, dass er da ist und zwar genau in dieser Form, an diesem Ort – ob wir ihn nun beobachten oder nicht. So setzen wir unser Bild von der Welt aus Objekten zusammen, von denen wir annehmen, dass sie Bestandteile der Realität sind, egal ob wir ihnen nun Aufmerksamkeit widmen oder nicht.

Die verrückte Welt der Quanten

Die Wirklichkeit wird bestimmt von den Regeln der Physik und bis die Quantenphysiker kamen, war auch alles in Ordnung. Denn die klassische Physik, inklusive der Relativitätstheorien von Albert Einstein baut auf die Prinzipien von Realismus und Lokalität. Realismus heißt, dass es eine externe Realität gibt, auch wenn keiner beobachtet oder misst, ganz unabhängig vom neugierigen Menschen. Der Begriff der Lokalität besagt, dass zwei weit von einander entfernte Objekte sich gegenseitig nicht beeinflussen. Aber die Quantenphysik wirft die verhängnisvolle Frage auf: Ist der Mond tatsächlich da, wenn niemand hinsieht?

Im Anfang stand die Erkenntnis, dass Licht sowohl aus Wellen als auch aus Teilchen besteht . Schnell wurde klar, dass sich nicht nur Lichtquanten unserer Vorstellung von klaren und jederzeit deutlich unterscheidbaren Eigenschaften entziehen. Die Welt der kleinsten Teilchen weist eine Unschärfe auf, die paradox wirkt. Das berühmteste Beispiel ist die Schrödinger Katze, die gleichzeitig tot und lebendig ist . Ein unangenehmer Zustand – für die Katze, aber auch für unser Verständnis von Logik.

Kein Wunder, dass unter den Quantenphysikern eine Debatte darüber tobt, wie diese Erkenntnisse gedeutet werden sollten. Verschiedene Schulen vertreten verschiedene Ansätze, dazu gehören die Kopenhagener Schule und die Viele-Welten-Theorie .

Einer der bekanntesten Quantenphysiker der Gegenwart, Anton Zeilinger von der Universität Wien, ist Anhänger der Kopenhagener Deutung. Er ist schon lange überzeugt: "Es stellt sich letztlich heraus, dass Information ein wesentlicher Grundbaustein der Welt ist. Wir müssen uns wohl von dem naiven Realismus, nach dem die Welt an sich existiert, ohne unser Zutun und unabhängig von unserer Beobachtung, irgendwann verabschieden".

Spukhafte Fernwirkung und eindeutige Eigenschaften

Zeilingers Forschungsgruppe stellt nun erneut unsere Vorstellungen von Wirklichkeit in Frage. In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature veröffentlicht ein Team um Simon Gröblacher die Ergebnisse eines neuen Experiments zur Lokalität .

Die Wiener gingen der Frage nach, ob es genügt, das Prinzip der Lokalität zu verletzen, um in der Welt der Quanten zu bestehen (die meisten Physiker gehen bislang davon aus). Seit den 60er Jahren ist bekannt, dass verschränkte Teilchen gegen diese Prinzipien verstoßen . Verschränkung bedeutet, dass ein Paar Photonen durch die Messung die gleichen Eigenschaften besitzt, auch über große Entfernungen. Wird ein Photon eines solchen verschränkten Paares in seinen Eigenschaften verändert, dann ändert sich auch das zweite, weit entfernte Photon. Albert Einstein entdeckte diesen Effekt bereits 1935 und er nannte ihn eine "spukhafte Fernwirkung".

Die Gruppe um Simon Gröblacher stellte sich die Frage, ob die Annahme der Lokalität oder die des Realismus in der Quantenwelt verworfen werden muss. Sie gingen dabei von einem theoretischen Ansatz aus, der vom Nobelpreisträger  Anthony J. Leggett stammt und besagt, dass gewisse Eigenschaften, wie etwa der Spin eines Elektrons oder die Polarisation eines Photons, nicht gleichzeitig immer exakt definiert und mit einem entfernten Partnerteilchen nach den Regeln der Quantenphysik verbunden sein können.

Die Forscher verwendeten dazu im Experiment Photonenpaare mit verschränkter Polarisation. Die gemessene Polarisation an einem der Teilchen war also immer mit dem Messergebnis am Partnerteilchen korreliert. Laut der Theorie von Leggett sollten ganz bestimmte Messergebnisse (d.h. Ergebnisse von Polarisationsmessungen entlang ganz bestimmter Richtungen) selbst für nicht-lokale realistische Eigenschaften (hier: Polarisation) nicht mehr nachvollziehbar sein. Es zeigte sich allerdings, dass es nicht genügte, auf die Annahme der Lokalität zu verzichten. Die Messergebnisse verdeutlichten, dass zumindest Anteile des Realismus aufgeben werden müssen, um nicht in Widersprüche zu geraten.

Co-Autor Markus Aspelmeyer erläuterte gegenüber dem ORF: "Es scheint nicht zu gehen, eine fixe Polarisation zu messen und gleichzeitig eine beliebig starke Fernwirkung zu haben. Hält man am Konzept der Nicht-Lokalität fest, müssen meine realistischen Annahmen falsch sein. So einfach, wie wir es uns vorstellen, ist es nicht, man muss wohl notwendigerweise Einschränkungen an der Realität vornehmen. (…) Da wird in nächster Zeit sicher einiges passieren, künftig werden wir wohl genauer sagen müssen, was wir unter Realismus verstehen."

Die Gegebenheiten der Quantenwelt, der Welt des Allerkleinsten unserer Realität, zwingen uns, unser Konzept von Wirklichkeit gründlich zu überdenken. Und der gesunde Menschenverstand ist möglicherweise auch nicht mehr als "eine Anhäufung von Vorurteilen, die man bis zum 18. Lebensjahr erworben hat" – das soll zumindest Einstein gesagt haben. Vielleicht sollten wir ihn gleich zusammen mit dem klassischen Realismus grundsätzlich in Frage stellen.

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