Zu Besuch bei "Sheldon Cooper" – Q4-Physikkurs folgt Vortrag eines theoretischen Physikers

Schon zur Tradition ist der Besuch eines Physikkurses der Jahrgangsstufe 13 des beruflichen Gymnasiums bei der Veranstaltungsreihe Physik im Blick (PiB) der Universität Gießen geworden. So besuchte der Grundkurs von Herrn Nassauer am 9. Februar den Vortrag von Herrn PD Dr. Bernd-Jochen Schäfer zum Thema: „Kosmische Katastrophen“.

Die diesjährige Vortragsreihe stand unter dem Thema: „Physik und Katastrophen“. So ist es nur logisch, dass nach den vorangegangenen Vorträgen: Klimawandel, Katastrophen in Wasser und Luft sowie Monsterwellen die Erde verlassen und Katastrophen im Weltall unter die Lupe genommen wurden.

Gleich seinem filmischen Pendant Sheldon Cooper gehört Dr. Bernd-Jochen Schäfer zu den theoretischen Physikern. Jedoch nicht am Caltech, sondern am Gießener Institut für Theoretische Physik der Justus-Liebig-Universität.

Dr. Schäfer begann damit die Zuhörer für die kleinsten Größen zu sensibilisieren, indem er eine Animation zeigte, die beginnend bei einem Meter großen Gegenständen immer weiter hin zu kleineren Längen zoomte. Schließlich landete man bei 10^-35m – der Planck-Länge. Die dort vorherrschende Theorie ist die auch in der Serie „The Big Bang Theory“ immer wieder erwähnte Stringtheorie.

Problematisierend stellte Dr. Schäfer die vier fundamentalen Wechselwirkungen: Gravitation, Elektromagnetismus, schwache Wechselwirkung und starke Wechselwirkung und deren Wirkungsbereiche dar. Eine Besonderheit der Gravitation ist ein fehlendes Austauschteilchen. Also ein Mittler der Gravitationskraft von einem zum anderen Teilchen.

An einem Modellexperiment zeigte Dr. Schäfer den Einfluss einer Masse auf die Raum-Zeit. Ist eine Masse vorhanden, so krümmt sich die Raum-Zeit. Je größer die Masse, desto größer die Krümmung der Raum-Zeit und damit die Beeinflussung anderer Massen.

Dr. Schäfer ging nun auf den Lebenszyklus der Sterne ein. Diese entwickeln sich, nachdem sie all ihren Brennstoff verbraucht haben, zu roten Riesen und über weitere Zwischenschritte zu Neutronensternen.

Mithilfe dieser Vorbetrachtungen war es nun möglich zu den kosmischen Katastrophen, den Kollisionen von Neutronensternen zu kommen.

Solche Kollisionen führten zum einen zur Entstehung aller chemischen Elemente, also den Bausteinen, aus denen alles im Universum besteht. Zum anderen löst eine solche Kollision Gravitationswellen aus, die sich im gesamten Universum ausbreiten. Ihre Existenz postulierte Albert Einstein bereits 1916, den experimentellen Nachweis hielt er jedoch für unmöglich. Allerdings wurden sie im Jahr 2016 an den LIGO (Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium) in Hanford und Livingston experimentell nachgewiesen. Schäfer erklärte den Aufbau und die hochentwickelte Technik, die sich in einem Gravitationswellendetektor verbirgt. So muss z.B. der Reflexionsspiegel im Detektor so gut gedämpft sein, dass er sich bei Erschütterungen nicht bewegt. Eindrucksvoll zeigte Schäfer an einem Modellexperiment, dass eine Erschütterung an einem Ende des Hörsaals an dessen anderem Ende durch Veränderung eines Interferenzmusters nachweisbar ist.

Mit Hilfe der Gravitationswellen erhofft sich die Wissenschaft Erkenntnisse über den Aufbau eines Neutronensternkerns zu erlangen.

 

Text und Foto: Thomas Nassauer