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Monday, March 1, 2021

Physik und Technologie

Erforschen wie unsere Welt funktioniert

Warum Physik? Naturwissenschaft ist entweder Physik oder Briefmarken sammeln, das hat der große theoretische Physiker Wolfgang Pauli einmal gesagt. Nicht erst seitdem wirft man Physikern häufig eine gewisse Arroganz vor, wenn sie die Bedeutung ihres Fachgebiets erläutern. So weit wie Pauli würde ich persönlich nicht gehen, dennoch habe ich die Physik, präziser die Chaosphysik, nicht ohne Grund auch zu meinem eigenen Forschungsgebiet gemacht, denn Physik ist der Schlüssel und vor allem der einzige Schlüssel zum Verständnis von allem, was es je gab, gibt und geben wird. Alles andere, seien es die biochemischen Abläufe in unserem Gehirn, die Liebe, Freude, Trauer und Wut verursachen oder aber die Abläufe in meinem Laptop, während ich diese Zeilen schreibe, ergibt sich aus ihr. Ich finde, es gibt kaum eine befriedigendere Vorstellung als die, dass im Universum nichts einfach so passiert, sondern ausnahmslos alles kompromisslosen und unveränderlichen Gesetzen gehorcht, die wir Menschen nicht nur herausfinden, sondern sogar nutzen können – letzteres ist dann das, was wir Technologie nennen.

Definition Physik und Technologie

Die Physik ist die naturwissenschaftliche Erforschung der Grundgesetze der Natur wie etwa der Erscheinungs- und Zustandsformen unbelebter Materie sowie der Eigenschaften der Strahlungen und der Kraftfelder, vor allem durch experimentelle Forschung und messende Erfahrung. Da das Aufstellen allgemein gültiger Gesetze das primäre Ziel der Physik ist, findet sie bei sehr vielen unterschiedlichen Phänomenen Anwendung, von den kleinen Atomkernen bis zu den großen Galaxienhaufen. Die Technologie hingegen ist die Wissenschaft aller von Menschen gemachter Objekte, sowohl digitaler wie Roboter und Computer als auch manueller wie Transportmittel und Gebäude.

Die besten Beiträge zu Physik und Technologie

Woraus besteht unser Universum?

  • Atome
  • Wir haben keine Ahnung.

Ein Schwarzes Loch mit Erdmasse

bild für seite physik, wo maßstabsgetreu ein exemplarisches schwarzes loch von der masse der erde zu sehen ist

Damit aus der Erde ein Schwarzes Loch würde, müsste man sie auf 1,8 cm pressen. Unvorstellbar, aber einige Physiker meinen, dass beim Urknall solche Schwarze Mini-Löcher entstanden.

„Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süß oder bitter, in Wirklichkeit gibt es nur Atome im leeren Raum.“
Demokrit von Abdera

Wenn man Physiker nach der zentralen Erkenntnis der Physik fragt, dann antworten viele mit diesem Satz des Naturforschers Demokrit von 400 vor Christus. Er war der Meinung, dass alles, selbst Leben, nichts anderes ist als eine Anordnung unteilbarerer Teilchen, der Atome. Demokrit sollte Recht haben, doch unteilbar sind Atome nicht: Die Atombombe wurde zum Symbol für die Gefahr der Physik, wenn sie gegen Menschen gewandt wird. Doch es gibt auch die andere Seite: Könnten wir unseren Vorfahren zeigen wie ein Mensch auf dem Mond herumhüpft, wie wir mit unseren Gedanken Maschinen steuern oder todkranke Menschen heilen, dann würden sie uns für Götter halten. Genauso wird es uns gehen, wenn wir mit CRISPR Menschen nach Maß formen, Asteroiden vom Kurs ablenken oder wie die Sonne Fusionsenergie nutzen – nur, dass wir uns rasant genug entwickeln, um alles zu erleben.

„Jede hinreichend fortschrittliche Technologie ist von Magie nicht zu unterscheiden.“
Drittes Clarkesches Gesetz

Große Physikerinnen und Physiker

Alle Beiträge zu Physik und Technologie

Meine Forschungen zur Chaostheorie

Seit 2016 arbeite ich im Schülerforschungszentrum Nordhessen durchgängig an einem einzigen Projekt: Ich möchte Ordnung ins Chaos bringen, unser Verständnis der Regeln erweitern, nach denen chaotische Systeme funktionieren, zu denen für uns äußerst relevante Systeme wie etwa das Klima oder unser Sonnensystem gehören. Ich begann, ein selbstgebautes chaotisches Pendel schlicht optisch zu beobachten, nach Mustern in dessen Verhalten zu suchen und diese zu notieren. Später baute ich einen Schrittmotor ein und verfolgte die Bewegung des Pendels digital, was mir erstmals die Erstellung präziser Messreihen ermöglichte, aus denen ich dann 2018 erste belastbare wissenschaftliche Schlussfolgerungen ziehen konnte. Dafür wurde ich 2019 vom hessischen Kultusministerium mit dem höchsten Preis des Landeswettbewerbs und dem 1.Platz der Kategorie Physik ausgezeichnet und gewann 2020 einen 1.Platz auf dem 40.BYSCC, einem internationalen Wettbewerb in Peking.

"Mit den gesammelten Daten lässt sich eindeutig nachweisen, dass sowohl innere Reibung als auch der Luftwiderstand das chaotische Verhalten ausbremsen. Das Ergoden-Theorem, welches besagt, dass irgendwann jeder energetisch mögliche Punkt des Phasenraumes auch beliebig nahe passiert wird, hat somit nur beschränkte Aussagekraft für unsere Realität."
Aus der schriftlichen Arbeit für den hessischen Landeswettbewerb

Physik und Technologie in der Schule

Hygieneplänen aus Zeiten der Spanischen Grippe, Overheadprojektoren, die noch die Aufschrift “S.P.Q.R.” tragen und Karten, auf denen noch Aachen und Konstantinopel als Hauptstädte aufgeführt werden – oder wie man hier sagt: Schule und Technologie. Und auch bei Physik sieht es nicht viel besser aus, Naturwissenschaften haben ein großes Nachwuchsproblem, besonders bei Mädchen. Das ist kaum verwunderlich: Physik ist nicht Auswendiglernen und Anwenden einer Handvoll Formeln. Es gelingt derzeit in der Schule nicht, den Kerngedanken der Physik zu vermitteln, dass nichts “einfach so” passiert, sondern alles nach Naturgesetzen abläuft – und dass wir Menschen die Fähigkeit haben, diese Gesetze zu finden und mit ihnen jedes Phänomen im Universum zu erklären. Im Extremfall führt die zu anwendungsorientierte und oberflächliche Betrachtung in der Schule gar zu sachlich falschen Darstellungen, etwa beim Compton-Effekt. Trotz dessen möchte ich dich ermutigen, für Projektarbeiten ein technisch-physikalisches Thema zu wählen einen Beitrag zu leisten, dies populärer zu machen. Hier gibt es Deckblätter zu Physik und Technologie als PDF-Datei zum Download.

Nachrichten zu Physik und Technologie

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Die häufigsten Fragen zu Physik und Technologie

Was gehört alles zur Physik?

Vieles, eigentlich fast alles, gehört auf eine gewisse Weise zur Physik und es gibt auch keine allgemein gültige Einteilung. Häufig werden aber folgende fünf grundlegende Disziplinen der Physik benannt:
-Mechanik
-Thermodynamik
-Optik
-Elektrik
-Atomphysik
Jenseits dessen gehören zahlreiche interdisziplinäre Teilgebiete zur Physik, etwa die Astrophysik, die Biophysik und die Geophysik.

Wie arbeitet ein Physiker?

Ein Physiker arbeitet mit Methoden der theoretischen, experimentellen und angewandten Physik und versucht daraus auf allgemeinere Naturgesetze zu schließen, die mehrere Phänomene mit den gleichen Gesetzmäßigkeiten beschreiben. Um diese zu formulieren, arbeitet ein Physiker mit der Mathematik.

 

Was ist Physik einfach erklärt?

Physik ist einfach erklärt eine Naturwissenschaft, die verschiedenste natürliche Phänomene betrachtet und versucht, aus ihnen allgemein gültige Naturgesetze abzuleiten, die dann andere Phänomene in der Natur vorhersagen können.

Wer hat die Physik erfunden?

Keine einzelne Person hat die Physik erfunden. Bereits Philosophen im antiken Griechenland stellten physikalische Hypothesen über die Natur auf, doch die Grundlagen der klassischen Physik definierte erstmals Isaac Newton. Die moderne Physik hingegen ist wesentlich geprägt von den Leistungen Albert Einsteins auf dem Gebiet der Relativitätstheorie und Max Plancks, Werner Heisenbergs und Niels Bohrs auf dem Gebiet der Quantenmechanik. Jeder Physiker baute stets auf den Leistungen seiner Vorfahren auf.

Wo kann man am besten Physik studieren?

Physik kann man an zahlreichen deutschen Universitäten studieren, zum Beispiel in Heidelberg, München, Frankfurt, Köln und Göttingen. In Österreich ist ein Physikstudium in Wien, Linz, Graz, Salzburg und Innsbruck möglich, in der Schweiz in Zürich, Basel und Bern.

 

Wie entsteht Energie?

Gar nicht. Energie kann weder entstehen, noch verschwinden, nur in andere Formen von Energie umgewandelt werden. So wandeln wir etwa die in fossilen Brennstoffen enthaltene chemische Energie durch Kraftwerke in elektrische Energie um und diese dann – zum Beispiel, wenn wir eine Lampe anschalten – in Licht- und Wärmeenergie.

Wie lautet die Relativitätstheorie?

Die Relativitätstheorie besagt, dass elementare physikalische Begriffe wie Raum, Zeit und Masse nicht absolut, also immer gleich, sondern relativ, also vom Zustand des der Beobachterin oder des Beobachters abhängig sind. So ticken bewegte Uhren aus der Sicht einer oder eines Stillstehenden langsamer, bewegte Objekte wirken kürzer und bewegte Massen werden massereicher.

 

Was genau ist Quantenmechanik?

Die Quantenmechanik beschreibt die Gesetze, die auf extrem kleinen Skalen gelten. Dort passieren nämlich seltsame Dinge, so können gewisse Größen nicht jeden beliebigen Wert annehmen, sondern nur zwischen diskreten Werten springen und Teilchen haben keinen bestimmten Ort, sondern lediglich Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.
Was ist der Unterschied zwischen Technologie und Technik?

Was ist der Unterschied zwischen Technologie und Technik?

Als Technik wirt einfach die Gesamtheit aller digitaler und manueller Objekte bezeichnet, die vom Menschen hergestellt werden und das für ihre Herstellung und Verwendung nötige Können und Wissen. Die Technologie hingegen ist die Wissenschaft von der Technik, sie beschäftigt sich also mit den materiellen Grundlagen der Technik und ihres Produktionsverfahrens. Dadurch, dass sowohl “Technik” als auch “Technologie” im Englischen meist “technology” genannt werden und das Wort “technics” kaum gebräuchlich ist, nutzen viele die Wörter auch in der deutschen Sprache synonym. Wenn man von einer “neuen Technologie” spricht, dann ist beispielsweise eigentlich ein neues technisches Objekt gemeint.

Was versteht man unter dem Begriff Energie?

Energie ist in der Physik eine Größe, die den Zustand eines physikalischen Systems beschreibt. Sie kann durch das Verrichten von Arbeit übertragen werden, zudem können verschiedene Energieformen ineinander umgewandelt werden, beispielsweise kinetische, potentielle, elektrische und thermische Energie. Masse und Energie sind äquivalent und ebenfalls ineinander umwandelbar.

 

Was ist 5G genau?

Der neue Mobilfunkstandard, der für das sogenannte “Internet der Dinge” nötig ist. Durch dieses sollen nicht nur alle Menschen weltweit vernetzt sein, sondern auch Menschen mit Maschinen und Maschinen untereinander – dies wird erweiterte und virtuelle Realität, die Verbindung von Alltagsgegenständen mit künstlicher Intelligenz und vollständig automatisierte Produktion in vielen Branchen erlauben, doch dafür benötigt es gewaltige Datenkapazitäten, die nur mit 5G transportiert werden können. Gefährlich für Menschen ist 5G in keiner Weise.

 

Was ist Technologisierung?

Von Technologisierung oder Technisierung spricht man, wenn in einem Prozess technische Hilfsmittel eingesetzt werden, der zuvor in Handarbeit absolviert wurde. Wird lediglich ein Werkzeug von einem Menschen genutzt, spricht man von Mechanisierung, steuert eine Maschine das Werkzeug, handelt es sich um Maschinisierung und findet der Prozess vollautomatisch ohne menschliche Hilfe statt, ist es sogar eine Automatisierung. Alle drei Stufen zählen zur Technologisierung. Beispiele für Technologisierung in der Realität sind die Kommunikation, die Industrie, aber leider auch die Kriegsführung.