Podcasts about naturkonstanten

Im Jahr 1937 hatte Paul Dirac eigentlich so alles erreicht, was man als theoretischer Physiker erreichen konnte: Der Brite hatte die Quantenphysik mit begründet und sie mit Einsteins Spezieller Relativitätstheorie vereint. Fast aus Versehen hatte er erstmals eine neue Form von Materie beschrieben, die wir heute als Antimaterie kennen. Paul Dirac hatte nicht nur eine Professur an der angesehen Universität von Cambridge bekommen, sondern bekam auch im Alter von nur 31 Jahren den Nobelpreis für Physik zugesprochen. Doch nun wandte sich Dirac größeren Dingen zu: der Kosmologie. Paul Dirac entwarf die „Large Numbers Hypothesis“, die Hypothese der großen Zahlen. Seine Vermutung besagte, dass das Verhältnis der Zahlenwerte von Naturkonstanten sich merkwürdigerweise immer wieder eine ziemlich große Zahl ergibt, nämlich zehn hoch 39. Was für die Meisten ein nicht besonders seltsamer Zufall sein mag, hatte für Dirac tiefere Bedeutung: Er schloss daraus, dass die Naturgesetze im Universum nicht immer und überall gleich waren – und dass die Naturkonstanten entgegen ihrem Namen nicht konstant, sondern variabel seien. Dabei hatte es Dirac vor allem auf eine Naturkonstante abgesehen: die Gravitationskonstante. Diese sei vor Jahrmilliarden viel größer gewesen. Und das würde bedeuten: Was wir als Schwerkraft kennen, nimmt mit zunehmendem Alter des Universums ab. Während Paul Diracs Ausflug in die Kosmologie – oder in die Zahlenmystik – von seinen Kolleginnen und Kollegen größtenteils ignoriert wurde, gab es einen deutschen Physiker, der die Hypothese der Großen Zahlen ernst nahm: Pascual Jordan beschäftigte sich vor allem damit, welche messbaren Auswirkungen so eine geringer werdende Schwerkraft auf unsere Erde haben könnte. Demnach sollte mit einer abnehmenden Gravitationskonstante unsere Erde selbst expandieren. In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte hinter der sogenannten Expansionstheorie – und damit ist nicht das Universum selbst gemeint!

Es ist so wie es ist, weil wenn es anders wäre, dann wäre es anders. Das klingt trivial, ist es aber nicht, wenn es um das Universum geht. Warum ist das Universum genau so, wie es ist? Warum haben die Naturkonstanten genau die Werte, die sie haben und warum sind das noch dazu Werte, die dafür sorgen, dass menschliches Leben existieren kann. Denn wenn die Konstanten nur leicht andere Werte hätten, könnte es keine Sterne, keine Planeten und damit auch kein Leben geben. Dieses Phänomen nennt sich die "Feinabstimmung des Universums" und in der neuen Folge von "Cosmic Latte" gehen wir auf die Suche nach der Ursache. Unterstützt uns bei [Steady](https://steadyhq.com/de/cosmiclatte/), [Patreon] (https://patreon.com/CosmiclattePodcast), oder [Paypal](https://paypal.me/cosmiclattepod)!

Heute geht es um die fundamentalsten Naturkonstanten, mit denen man unser Universum beschreiben kann. Wie viele braucht man dazu und wie konstant sind sie wirklich? Wie immer überall, wo es Podcasts gibt. Viel Vergnügen! #konstanten #universum

Die Grundlagen der Maßeinheiten haben sich immer wieder geändert. Der Meter ist ein Produkt der französischen Revolution: Seit 1789 hängen die Maßeinheiten von der Natur ab und nicht mehr wie davor etwa von der Elle des jeweiligen Herrschers. Um den neuen Meter zu bestimmen, ein Bruchteil des Erdumfangs, vermaß man immer wieder den Globus. Doch je genauer man maß, desto stärker schwankten die Ergebnisse. Seit Mai 2019 werden alle Einheiten nun nicht mehr direkt aus der Natur hergeleitet, sondern aus deren mathematischer Beschreibung, den sogenannten Naturkonstanten. Von Uwe Springfeld (SWR 2019) | Manuskript und mehr zur Sendung: http://swr.li/meter-sekunde | Bei Fragen und Anregungen schreibt uns: wissen@swr2.de | Folgt uns auf Twitter: @swr2wissen

Endlich die lang erwartete zweite Folge der ungewöhnlichen Einheiten. Wie haben Iren früher ihre Felder vermessen und wie kann man mit Hilfe der Pyramiden alle Naturkonstanten herleiten? Viel Spaß mit der Folge!

Ein Zylinder aus Platin und Iridium: Seit 1889 lagert er in einem Tresor bei Paris, dient als Urmaß für das Kilogramm - und wird seit einiger Zeit leichter. Seit Mai 2019 ist deshalb eine Neudefinition des Kilogramms gültig. Zugleich wurden zwei weitere Basiseinheiten auf neue, präzisere Füße gestellt - das Kelvin für die Temperatur und das Ampere für die elektrische Stromstärke. Damit basiert nun das komplette internationale Einheitensystem auf Naturkonstanten.

Liebe Zuhörerinnen und Zuhörer, Der 20. Mai ist ein großer Tag für die Physik. Denn an diesem Tag wird unser Kilo neu definiert, und zwar anhand von Naturkonstanten. Doch was sind Naturkonstanten? Und was ändert diese Neudefinition für uns im Alltag oder in der Wissenschaft? Herr Tobias Ludwig, Professor für Physik an der pH Karlsruhe, hat uns diese und weitere Fragen beantwortet. Viel Spaß beim Zuhören Euer Auriska-Team   Beteiligte Personen: Aufnahme: Joy Mentgen SprecherInnen: Joy Mentgen Postproduktion: Joy Mentgen, Marlena Schlarmann Publikation: Joy Mentgen, Marlena Schlarmann Musik: Nils Müller, Public Domain

Die Grundlagen der Maßeinheiten haben sich immer wieder geändert. Ab 20. Mai 2019 werden sie von den sogenannten Naturkonstanten abgeleitet. Eine neue Revolution? Von Uwe Springfeld.

Die Naturgesetze und das Wort Gottes haben eine große Ähnlichkeit. Dies muss so sein, weil der Urheber derselbe ist. Wenn wir dies verstehen, sehen wir die Bibel in einem ganz neuen Licht. Auch die Bibel hat auch Konstanten, die unveränderlich sind, ebenso wie die Naturkonstanten. • Auf der Homepage von Werner Gitt finden Sie weitere Vorträge von Werner Gitt, aber auch Bücher und Artikel. Viele von ihnen stehen zum Download zur Verfügung: https://wernergitt.de/ • Unseren Podcast „Botschaften fürs Leben“ finden Sie unter folgendem Link: https://podcast.bruderhand.de ------ Naturgesetze und Wort Gottes – ein lohnender Vergleich! Wir haben ja sehr viele Fragen und darum sind wir eigentlich auch hierhergekommen, weil wir Antworten auf Fragen suchen. Aber wer beantwortet uns die Fragen? Das ist ja eine ganz wichtige Frage. Zur Zeit der früheren Sowjetunion wandte man sich mit seinen Fragen an Radio Jerewan und die haben dann die Antwort gegeben. Und so wandte sich da jemand mit folgender Frage an Radio Jerewan: „Stimmt es, dass Bauer Pawlov in Moskau in einer Lotterie einen Lada gewonnen hat? (also das dort übliche Auto) Antwort von Radio Jerewan: „Im Prinzip ja, nur war es nicht in Moskau, sondern in Leningrad und das war nicht ein Lada, sondern das war ein Fahrrad. Und das Fahrrad hatte er nicht gewonnen, sondern es wurde ihm gestohlen. Wenn wir unsere Fragen auch heute an Radio Jerewan senden würden, würden wir vielleicht ähnliche Antworten bekommen. Aber das wird uns nicht weiterhelfen. Wir suchen Antworten auf unsere Fragen, die verbindlich sind, mit denen wir leben können, ja mehr noch, mit denen wir auch sterben können. Solche Antworten brauchen wir. Ich möchte voranstellen ein Wort, das wir in 1. Timotheus 2, 4 lesen. Da heisst es: Gott will, dass allen Menschen geholfen werde und sie zur Erkenntnis der Wahrheit kommen. Es ist also der Wille Gottes, dass wir die Wahrheit erkennen. Nun können wir die Wahrheit nicht einfach so aus uns selbst erkennen und darum brauchen wir Werkzeuge. Und Gott hat uns zwei ganz grundlegende Werkzeuge an die Hand gegeben um diese Wahrheit zu erkennen, aber auch, um Irrtümer zu entlarven. Beides brauchen wir. Wir müssen die Wahrheit herausfinden, aber wir müssen auch falsche Ideen erkennen als falsche Ideen. Wie machen wir das? Zwei Werkzeuge sind uns von Gott gegeben. Das erste Werkzeug ist die Bibel, und das zweite Werkzeug sind die Naturgesetze. Diese beiden Werkzeuge sind grundlegend. Und darum habe ich das erste Thema mal genannt: Naturgesetze und das Wort Gottes. Mit beidem wollen wir uns heute Vormittag beschäftigen und zunächst einmal möchte ich einige ganz grundlegende Dinge sagen über Naturgesetze. Wir haben alle von Naturgesetzen gehört, der eine mehr, der andere weniger, manche haben das auch sehr intensiv studiert, 10 Semester, 12 Semester Naturgesetze studiert. Man fragt sich: Warum brauchen die so lange? Ist das so kompliziert oder woran liegt das eigentlich? Das werden wir gleich noch ein Stück weit auch beantworten. Ich möchte zunächst einmal 10 Wesenszüge der Naturgesetze nennen: 1) Alle Naturgesetze sind Erfahrungssätze. Man kann also nicht ein Naturgesetz mathematisch beweisen, so wie wir das mit einer Formel aus der Mathematik tun und am Ende kommt als Beweis heraus, das was man eigentlich wissen möchte. So geht das bei den Naturgesetzen nicht, sondern sie sind durchwegs durch Experiment und Erfahrung gefunden und müssen sich dann bewähren, ob sie wirklich stimmen, ob sie wahr sind. Es darf zu einem Naturgesetz kein Gegenbeispiel geben. Wenn ein einziges Gegenbeispiel gebracht ist, dann ist die Sache gekippt, dann war es kein Naturgesetz, dann war es nur ein vermeintliches Naturgesetz, man hat nur angenommen, es sei eins gewesen. 2) Die Naturgesetze sind universell gültig. Sie gelten also nicht nur hier auf der Erde, sondern auch auf dem Mond, der Sonne, ja im ganzen Universum. Das ist das, was wir auf Grund der Forschung heute sagen können. Nur deswegen, weil

Die SI Einheiten sind das Fundament der modernen Metrologie. Sie legen ein System von sieben grundlegenden physikalischen Größen sowie deren numerischen Werte fest. Darauf basierend werden dann andere Einheiten abgeleitet. Aktuell basieren einige Einheiten noch auf Prototypen wie dem Urkilogramm. Um davon wegzukommen wird am 20. Mai eine neue, ausschließlich auf fundamentalen Naturkonstanten beruhende Version des SI Systems in Kraft treten. In dieser Folge unterhalten wir uns über das aktuelle und das neue System mit unserem Gast Hansjörg Scherer von der PTB.

Die SI Einheiten sind das Fundament der modernen Metrologie. Sie legen ein System von sieben grundlegenden physikalischen Größen sowie deren numerischen Werte fest. Darauf basierend werden dann andere Einheiten abgeleitet. Aktuell basieren einige Einheiten noch auf Prototypen wie dem Urkilogramm. Um davon wegzukommen wird am 20. Mai eine neue, ausschließlich auf fundamentalen Naturkonstanten beruhende Version des SI Systems in Kraft treten. In dieser Folge unterhalten wir uns über das aktuelle und das neue System mit unserem Gast Hansjörg Scherer von der PTB.

Für die Kommunikation sind zwei Fragen essentiell: Das "Was" und das "Wie". Um Wissenschaft der Öffentlichkeit verständlich zu machen, beherrscht man idealerweise beide Aspekte. Denn, wie Einstein einst zu sagen pflegte: "Wenn du es nicht einfach erklären kannst, hast du es nicht gut genug verstanden." Davon dass Jens Simon versteht, was er erklärt, wird beim Zuhören schnell klar. Als Pressesprecher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig reicht sein Wissen von der Geschichte des Messens über die Baupläne von Atomuhren hin zu Naturkonstanten, die unserem alltäglichen Leben zugrunde liegen. Zur Sprache kamen unserem Interview natürlich außerdem sein Studium der Physik und der Germanistik, sein Berufsweg und eine kleine Anekdote zu Einsteins Zeit an der PTB.

Habt ihr euch schon mal gefragt, wieso Licht so schnell ist, wie es ist? Das und vieles mehr erfahrt ihr in dieser Nussschale!

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Test optischer Frequenzkämme zur Kalibration astronomischer Spektrographen. Die Genauigkeit der besten Spektrographen war bisher durch ihre Kalibration begrenzt. Die Benutzung von Frequenzkämmen als hochgenaue optische Frequenzreferenz verspricht die Überwindung dieser Limitierung, und damit die Bestimmung von Linienpositionen in astronomischen Spektren mit nie dagewesener Genauigkeit. Dies eröffnet faszinierende neue Möglichkeiten in der Astronomie, wie die Entdeckung erdähnlicher extrasolarer Planeten über Radialgeschwindigkeitsmessungen, die direkte Messung der Beschleunigung der kosmischen Expansion, oder eine genauere kosmologische Suche nach Veränderlichkeit von Naturkonstanten. Auf Basis der vorliegenden Arbeit wurde eine kommerzielle Version des astronomischen Frequenzkamms entwickelt, die derzeit für die Installation und den Routinebetrieb an mehreren Observatorien vorbereitet wird. Um die Kammstruktur mit astronomischen Spektrographen ausreichend gut aufzulösen, werden Frequenzkämme mit extrem großen Modenabständen von typischerweise >10 GHz benötigt. Zur Erzeugung von Frequenzkämmen mit derart hohen Modenabständen verfolgt diese Arbeit einen Ytterbium-Faserlaser-basierten Ansatz, der auf der Unterdrückung ungewollter Moden eines Frequenzkamms mit ursprünglich geringerem Modenabstand beruht. Zur breitbandigen Kalibration von Spektrographen muss das erzeugte Kammspektrum über einen großen Teil des sichtbaren Spektralbereichs hinweg verbreitert werden. Bei Pulswiederholraten von >10 GHz erweist sich dies als sehr herausfordernd, und bringt bis dahin unbekannte Effekte hervor. Die vorliegende Arbeit entwickelt Strategien zur spektralen Verbreiterung astronomischer Frequenzkämme, und untersucht hiermit verbundene Fragen wie Farbzentren-Bildung im Kern photonischer Kristallfasern. Des Weiteren wird theoretisch und experimentell nachgewiesen, dass spektrale Verbreiterung mit einer drastischen Verstärkung unterdrückter Kammmoden einhergeht, und es wird gezeigt, wie hierdurch bedingte Kalibrations-Ungenauigkeiten begrenzt werden können. Da die Einhüllende des verbreiterten Spektrums stark strukturiert ist, ist es von Nutzen diese abzuflachen. Hierbei werden die Signalpegel aller Kalibrationslinien auf dem Spektrographen angeglichen, was deren Signal-zu-Rausch-Verhältnis maximiert und dadurch die Kalibrationsgenauigkeit erhöht. Mehrere Konzepte zur adaptiven spektralen Abflachung werden entwickelt, wobei über einen Bereich von >200 nm abgeflachte Spektren erzeugt werden. Der astronomische Frequenzkamm wird an HARPS getestet, dem bis heute führenden Spektrographen zur Exoplanetensuche, der sich am La Silla Observatorium in Chile befindet. Über kurze Zeitspannen wird hier eine Wiederholbarkeit der Kalibration von 2,5 cm/s erreicht – einen Faktor 4 besser als mit einer Thorium-Lampe, der bis dahin besten Kalibrationsquelle. Erstmals wird der Orbit eines extrasolaren Planeten mit Hilfe eines Frequenzkamms rekonstruiert, und ein Frequenzkamm-kalibrierter Atlas solarer Linien wird aus Beobachtungen von Mondlicht erstellt. Instrumentelle Effekte werden gründlich untersucht, insbesondere Kalibrationsverschiebungen, die von den Signalpegeln auf der Spektrographen-CCD abhängen. Hinsichtlich seiner Anwendungen in der Sonnenastronomie wird der Frequenzkamm am VTT Sonnenspektrographen auf Teneriffa getestet. Hier wird eine Technik eingesetzt, die den Spektrographen über eine monomode Glasfaser gleichzeitig mit Kalibrationslicht und Sonnenlicht versorgt. Dadurch wird Modenrauschen des Faserkanals als Ursache für Ungenauigkeiten ausgeschlossen, und die Kalibrationswiederholbarkeit verbessert sich um ca. 2 Größenordnungen gegenüber einer zeitlich getrennten Übertragung. Dieses Konzept wird zur Vermessung globaler Sonnenoszillationen und zur Bestimmung der Stabilität von Absorptionslinien aus der Erdatmosphäre angewandt.

In dieser Arbeit wurde die Femtosekunden (fs)-Frequenzkammtechnik, die in der Arbeitsgruppe von Prof. T. W. Hänsch entwickelt wurde, angewendet, um die Genauigkeit nichtlinearer Prozesse zu überprüfen und eine mögliche zeitliche Veränderung von Naturkonstanten nachzuweisen. Ein Frequenzkamm ist das Spektrum eines regelmäßigen kohärenten Pulszugs, der von einem modengekoppelten Laser ausgesendet wird. Die Frequenzen f_n der Kammoden sind durch f_n=f_ce+n*f_r gegeben. Dabei ist n eine natürliche Zahl der Größenordnung 10^6, f_r die Pulswiederholrate des Lasers und f_ce eine für alle Moden gleiche Frequenzverschiebung. Wird das Spektrum eines fs-Lasers mit Hilfe einer mikrostrukturierten Glasfaser auf eine Oktave verbreitert, so können die beiden Radiofrequenzen f_r und f_ce auf einfache Weise gemessen und kontrolliert werden. Einen fs-Frequenzkamm kann man sich dabei anschaulich als Getriebe vorstellen, der optische Frequenzen und Radiofrequenzen phasengenau miteinander verbindet. Das oktavenbreite Spektrum nach einer mikrostrukturierten Glasfaser wurde in dieser Arbeit dazu verwendet, um in einem nichtlinearen Kristall durch Summenfrequenzmischung (SFG) bzw. Differenzfrequenzmischung (DFG) zwei neue Frequenzkämme zu erzeugen, deren Frequenzverschiebung 2*f_ce (SFG) bzw. f_ce=0 (DFG) beträgt. Durch das Verschwinden von f_ce eignet sich der DFG-Kamm als stabiles Uhrwerk für zukünftige optische Uhren, von denen eine relative Genauigkeit von 10^(-18) erwartet wird, was etwa 1000 mal genauer ist als die besten Cs-Atomuhren der Welt. Ein Vergleich des erzeugten SFG- und DFG-Kamms mit dem Originalkamm gestattet darüber hinaus die Überprüfung der Genauigkeit nichtlinearer Prozesse mit einer relativen Genauigkeit von 6,6*10^(-21), was verglichen mit früheren Arbeiten eine 100 fache Verbesserung darstellt. Eine Abweichung von den erwarteten Werten konnte im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht beobachtet werden. In Zusammenarbeit mit dem Wasserstofflabor in unserer Arbeitsgruppe wurde die Frequenz des 1S-2S Übergangs in atomarem Wasserstoff zu 2466061413187087+-34 Hz gemessen, was einer relativen Genauigkeit von 1,4*10^(-14) entspricht. Damit gehört die 1S-2S Frequenz zu den am besten bekannten optischen Frequenzen. Für ihre Messung wurde ein fs-Frequenzkammgenerator verwendet, der mit Hilfe der transportablen Cs-Fontänenuhr FOM des BNM-SYRTE/ENS, Paris stabilisiert wurde. Ein Vergleich mit der Messung aus dem Jahr 1999 ergibt eine relative zeitliche Änderung der 1S-2S Frequenz von (-3,2+-6,3)*10^(-15)/Jahr. Mit diesem Wert und optischen Frequenzmessungen am 199Hg+ bzw. 171Yb+ Ion, die am NIST in Boulder/Colorado bzw. an der PTB in Braunschweig durchgeführt wurden, konnte eine Obergrenze für die gegenwärtige zeitliche Änderung der Feinstrukturkonstante von (d/dt)alpha/alpha=(-0,3+-2,0)*10^(-15)/Jahr angegeben werden. Dieser Wert ist mit Null verträglich. Für seine Herleitung wurden keine Annahmen über das zeitliche Verhalten der anderen Kopplungskonstanten gemacht. Die ermittelten Obergrenzen sind daher weitgehend modellunabhängig.