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In der heutigen Podcastfolge wird es um das Thema der Supraleitung gehen. Dies wurde schon in einer früheren Episode behandelt als eine Frage hierzu reinkam. Damals machte ich jedoch eine Aussage bzw. Vermutung, die durch neue Erkenntnisse in diesem Jahr bereits widerlegt wurde. Dies möchte ich nun richtigstellen. Außerdem gehen wir detaillierter auf die Einzelheiten dieses so interessanten Effektes ein und schauen uns die zur Beschreibung dieses Effekts verwendete Theorie an. Solche Supraleiter in denen der Strom ohne Widerstand fließt treten in der Regel nur bei sehr geringen Temperaturen auf. Es wurde aber entdeckt, dass es auch bei höheren Temperaturen möglich ist das Materialien supraleitend werden. Wir betrachten diesen Effekt und gehen auf den derzeitigen Stand der Forschung ein. Außerdem lässt sich das Thema der Supraleitung sowie deren Geschichte auch wunderbar im Geistlichen deuten. Literatur: Annette Bussmann-Holder, Hugo Keller, High-temperature superconductors: underlying physics and applications, arXiv:1911.02303, 06.11.2019. Room-temperature superconductor? Rochester lab sets new record toward long-sought goal, 14.10.2020, https://www.rochester.edu/newscenter/rochester-sets-new-record-for-room-temperature-superconductor-455722/ Snider, E., Dasenbrock-Gammon, N., McBride, R. et al., Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride. Nature 586, 373–377 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z

Eine Frage die mir zur Einführung in die Physik gestellt wurde befasst sich mit der Quantenkryptographie. Diese hatten wir kurz bei der Behandlung des Einstein-Rosen-Podolsky Paradoxon angesprochen. In dieser Folge gehen wir tiefer auf dieses so interessante Thema ein. Wir beginnen damit uns die klassischen Kryptographie Methoden anzuschauen und leiten die Probleme, die diese haben her. Danach betrachten wir wie quantenmechanische Effekte, insbesondere der der Verschränkung, genutzt werden können um eine sichere Verschlüsselung zu gewährleisten. Außerdem schauen wir uns an auf welchem Stand die Forschung in diesem Bereich derzeit ist. Dies alles lässt sich natürlich auch im Geistlichen auf den Glauben hin deuten, was wir am Ende auch tun werden. Eine sehr interessante Folge, die sich mit einem Thema befasst, dass wir eigentlich alle aus dem Alltag kennen auch wenn es für die meisten so ziemlich im Hintergrund geschieht. Literatur: Mirko Zeppmeisel, Einführung in die Grundlagen der Quantenkryptographie, 2005. https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenschl%C3%BCsselaustausch

In diesem letzten Teil der Einführung in die Quantenmechanik wagen wir einen Ausblick und geben eine kleine Einführung in die Teilchenphysik. Es ist zur Veröffentlichung dieser Folge genau 5 Jahre her, dass ich meine Bachelorarbeit erfolgreich fertiggestellt habe. In dieser vertiefte ich mich auf dem Gebiet der Theoretischen Teilchenphysik. Daher erschien es mir als interessant in der heutigen Podcastfolge anhand meiner Bachelorarbeit eine solche Einführung zu geben. Wir beginnen mit der Vorstellung der Teilchen des Standardmodells. Wir beschreiben in welche Klassen die einzelnen Teilchen sich unterteilen lassen und an welchen Wechselwirkungen (elektromagnetische Kraft, ...) sie teilnehmen. Diese Kräfte werden dann auch genauer beschrieben. Insbesondere gehen wir auch auf die starke Kernkraft ein an der die Quarks aus denen Hadronen wie z.B. das Proton bestehen. Dabei ist vor allem der Effekt des Quark Confinement und der asymptotischen Freiheit interessant und lässt sich wunderbar auf den Glauben hin deuten. Wir lernen auch warum es ein Teilchen wie das Higgs Boson gibt und schauen uns dann die Top Quarks genauer an, welche Thema der Bachelorarbeit waren. Wie werden diese Teilchen an den Detektoren in Teilchenbeschleunigern nachgewiesen? Und welche Methoden kann man benutzen um diese Analysen zu verbessern? Auf diese und weitere Fragen bin ich in meiner Bachelorarbeit ausführlich eingegangen und in dieser Podcastfolge gebe ich einen kleinen Einblick in die dabei gewonnenen Erkenntnisse. Anmerkung: In der Folge definiere ich Hadronen als Zustände aus drei Quarks. Das ist so nicht richtig. Die korrekte Bezeichnung hierfür sind Baryonen. Hadronen sind der Überbegriff für sämtliche Zustände aus Quarks, Baryonen (3 Quarks), Mesonen (2 Quarks) und auch Tera- und Pentaquarks (4 bzw. 5 Quarks). Literatur: Josua Göcking, Bachelorarbeit: Alternative substructure reconstruction for the HEPTopTagger, 26.10.2015, https://www.thphys.uni-heidelberg.de/~plehn/includes/theses/goecking_b.pdf 

Wir haben in der letzten Folge bereits gesehen, dass es unterschiedliche Möglichkeiten gibt die Quantenmechanik zu beschreiben.  Das gilt aber nicht nur für die Beschreibung der Quantenmechanik, sondern auch für deren Interpretation. Es gibt viele unterschiedliche Möglichkeiten die Erkenntnisse der Quantenmechanik zu interpretieren. Für die wissenschaftliche Arbeit ist die richtige Interpretation meist unerheblich, da sie die wissenschaftlichen Erkenntnisse nicht erweitert.  Aus philosophischen und weltanschaulichen Gründen ist es dennoch so, dass es Sinn macht diese unterschiedlichen Interpretationsmöglichkeiten zu betrachten. Auch wenn es für die Wissenschaft nicht interessant ist haben dennoch die meisten Wissenschaftler die eine oder andere Interpretation, die sie bevorzugen. Wir betrachten in dieser Folge welche Interpretationen der Quantenmechanik es gibt und welche philosophischen Prinzipien sie erhalten, bzw. verletzen. Bei den meisten Interpretationen liefere ich auch eine persönliche Einschätzung dieser Interpretationen und deute sie auf die geistliche Welt. Wir schauen uns auch an was sich aus dieser Freiheit in der Wahl der Interpretationen über die Beziehung von Glaube und Wissenschaft lernen lässt. Im Weiteren lernen wir, dass dieser Effekt der vielen verschiedenen Interpretationen nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in unserem alltäglichem Leben auftritt und wie wir die richtige Interpretation finden.

Nachdem wir in den letzten Folgen die Eigenschaften der Quantenmechanik betrachtet haben schauen wir uns in dieser Folge genauer an wie sich diese Theorie mathematisch und anschaulich beschreiben lässt. Wie wir dabei sehen werden gibt es unterschiedliche Möglichkeiten die Quantenmechanik zu beschreiben. Im Großen und Ganzen gibt es drei Beschreibungen die zueinander äquivalent sind: Das Schrödinger- und Heisenbergbild und die Feynmansche Pfadintegralformulierung. Wir betrachten diese drei Beschreibungen und gehen im Detail auf ihre Unterschiede ein. Dabei wird alles stets anschaulich dargestellt und ist auch ohne mathematische Vorkenntnisse gut verständlich.  Für diese Vielseitigkeit in der Beschreibung einer Theorie finden wir auch interessante Deutungen über die Wissenschaft hinaus.   Literatur:  Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band III: Quantenmechanik, Oldenbourg Verlag, München, 1991.  Josua Göcking, Sci-Faith: Die Vereinbarkeit von Glaube und Wissenschaft, Independently published, 05. Oktober 2019.  Josua Göcking, Pfadintegralformulierung der Quantenmechanik, https://www.thphys.uni-heidelberg.de/~wolschin/qms14_13s.pdf, 23. Januar 2015.

In der zweiten Podcastfolge zum Thema der Quantenmechanik steigen wir tiefer in die Eigenarten dieser interessanten Theorie. Wir betrachten wie sich die Quantenmechanik mit Hilfe von Wellenfunktionen beschreiben lässt und wie diese zu interpretieren sind. Wir lernen auch was es mit der Heisenbergschen Unschärferelation auf sich hat und deuten die daraus folgende Existenz von Vakuumfluktuationen auf den Glauben. Die Wahrscheinlichkeitsnatur der Quantenmechanik hat zur Folge, dass die keine determinstischen Vorhersagen mehr gemacht werden können, d.h. man kann alleine aus den Anfangsbedingungen nicht mehr auf das Endergebnis schließen und nur Wahrscheinlichkeiten für das ein oder andere Ergebnis bestimmen. Dieser Indeterminismus ist das was die Quantenmechanik so faszinierend macht und erlaubt die Deutung, dass es einen wahrhaften freien Willen gibt. Wir betrachten wie dies zustande kommt und deuten dies weiterhin auf den christlichen Glauben, der ja auch auf der Annahme eines freien Willens basiert. Im weiteren schauen wir uns an was es mit der Eigenschaft des Spins, den viele Teilchen besitzen auf sich hat und betrachten den Stern-Gerlach Versuch. An diesem Spin kann man auch verschränkte Teilchen beobachten, die uns dann zum Einstein-Rosen-Podolsky Paradoxon führen. Wir betrachten dies im Detail und finden aufregende geistliche Deutungen für diese Effekte.

In dieser Folge beginnen wir unsere Einführung in die Quantenmechanik. Aufgrund dessen, dass diese Theorie mit der menschlichen Vorstellungskraft schwierig bis gar nicht zu erfassen hat, ist sie für die meisten Physiker gleichzeitig hochinteressant aber auch manchmal ein Dorn im Auge. Wir betrachten wie es zu dieser Entdeckung der quantenmechanischen Effekte kam indem wir uns das Plancksche Strahlungsgesetz und den Fotoeffekt anschauen. Beide legten den Grundstein für die Theorie der Quantenmechanik. Außerdem lassen sich diese Effekte bereits wunderbar im Geistlichen deuten und es lässt sich auch aus einer Anekdote über Plancks leben eine interessante geistliche Deutung herleiten. Einstein selbst war kein Freund dieser neuen Theorie und hatte Probleme sich mit ihr abzufinden. Dennoch leistete er große Beiträge zur Quantenmechanik, wie z.B. seine Deutung des Fotoeffekts für die er auch mit dem Nobelpreis belohnt wurde. Im weiteren schauen wir uns den Doppelspaltversuch an, an welchem wir die grundlegenden Effekte der Quantenmechanik am Deutlichsten erkennen können und deuten diese auch im Hinblick auf das Gedankenexperiment von Schrödingers Katze. Dies lässt sich auch wunderbar auf die geistliche Welt deuten. Außerdem setzen wir uns kritisch mit eher esoterischen Deutungen eines Kollabierens der Wellenfunktion durch einen bewussten Beobachter auseinander. Eine sehr interessante Folge, die einen guten Einstieg in dieses spannende Thema liefert, das uns die nächsten fünf Folgen weiter beschäftigen wird.

In dieser letzten Folge zur Einführung in die Elektrodynamik geht es um elektromagnetische Wellen, auch bekannt als Licht. Das Phänomen des Lichts lässt sich aus den strom- und ladungsfreien Maxwellgleichungen herleiten. Wir betrachten dies und schauen uns die Eigenschaften dieser Wellen an. Dabei erfahren wir unter anderem: - Wie elektromagnetische Wellen erzeugt werden. - Wie Radios funktionieren. - Wie Regenbogen entstehen. - Warum der Himmel blau ist. und vieles mehr. Natürlich lassen sich all diese Effekte und Phänomene auch wunderbar im Geistlichen auf den Glauben hin deuten.  Literatur: Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band I: Mechanik, Strahlung, Wärme., Oldenbourg Verlag, München, 1991. Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band II: Elektromagnetismus und Struktur der Materie, Oldenbourg Verlag, München, 1991.

Nachdem wir in der letzten Folge die Effekte der Elektrizität betrachtet haben befassen wir uns in dieser Folge mit den Phänomenen des Magnetismus. Wenn man an Magnetismus denkt kommen einem wohl meistens zuerst Kühlschrankmagnete in den Kopf. Doch wenn nach den Maxwellgleichungen Magnetfelder durch Ströme hervorgerufen werden wo befinden sich die Ströme in einem solchen Kühlschrankmagneten? Wir betrachten wie diese magnetische Wirkung in solchen Magneten zustande kommt. Dabei behandeln wir die Phänomene des Diamagnetismus, Paramagnetismus und des Ferromagnetismus. Alle diese Phänomene lassen eine sehr interessante geistliche Deutung zu, die wir ausführlich analysieren. Aus diesen Erkenntnissen können wir zusammen mit den Erkenntnissen der letzten Folge einige weitere Technologien verstehen, wie z.B. den Elektromotor und den Dynamo. Zum Schluss finden wir noch heraus, wie das Erdmagnetfeld zustande kommt. Auch dieses Phänomenen lässt sich wunderbar im Geistlichen deuten. Literatur: Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band II: Elektromagnetismus und Struktur der Materie, Oldenbourg Verlag, München, 1991.

Nachdem in den letzten beiden Folgen die Grundlagen für die Elektrodynamik gelegt wurden betrachten wir nun die einzelnen Phänomene und Effekte der elektrischen Wechselwirkungen. Wir finden heraus wie Gewitter zustande kommen und welche Voraussetzungen es gibt damit Strom durch Materie fließen kann.  Außerdem betrachten wir das Verhalten in solchen stromleitenden Materialien genauer. Fließt der Strom wirklich frei? Warum treten Widerstände auf? Wie kann man diese reduzieren? Außerdem beantworten wir die Frage wie das elektrische Feld in einem Leiter aussieht und betrachten das Konzept des Faradayschen Käfigs.  Im Anschluss betrachten wir die unterschiedlichen elektrischen Bauteile und die Formen die es für den Strom gibt. Für all diese Phänomene und Eigenschaften der Elektrizität finden wir interessante geistliche Deutungen. Zum Schluss werden noch die Fragen zum Podcast beantwortet.  Literatur: Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band II: Elektromagnetismus und Struktur der Materie, Oldenbourg Verlag, München, 1991.

In dieser Podcastfolge behandeln wir das Konzept von Eichtheorien. In der elektrodynamischen Feldtheorie lassen sich die Felder durch andere Größen, das sogenannte Skalar- und Vektorpotential, beschreiben. Das eigentlich beobachtbare elektrische und magnetische Feld ergibt sich dann aus der Ableitung dieser Potentiale.  Dadurch ergibt sich eine Freiheit in der Wahl dieser Potentiale, da diese selbst nicht messbar sind. Wir schauen uns an wie dies genau in der Elektrodynamik aussieht und leiten daraus Deutungen für das Wesen von wissenschaftlichen Theorien her. Darüber hinaus lässt sich dieses Prinzip auch im Geistlichen deuten. Im zweiten Teil der Folge betrachten wir wie sich die magnetischen Effekte mit den elektrischen Effekten vereinigen lassen. Diese können bei Einbeziehung der Relativitätstheorie vereinigt werden. Auch dies lässt sich wunderschön auf den Glauben hin deuten. Abschließend werde ich noch zum Podcast gestellte Fragen beantworten. Literatur:   Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band II: Elektromagnetismus und Struktur der Materie, Oldenbourg Verlag, München, 1991.   Matthias Bartelmann, Theoretische Physik III: Elektrodynamik, Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg. 

Mit dieser Podcastfolge beginnt der zweite Teil unserer Einführung in die Physik. Wir werden in den nächsten Folgen die Elektrodynamik behandeln. In dieser Folge werden zunächst die Grundlagen gelegt. Begonnen mit einer anschaulichen Herleitung der Eigenschaften der elektrischen Kraft, führen wir im Weiteren die Grundbegriffe zur Beschreibung dieser Kraft ein. Im Weiteren behandeln wir die Maxwell-Gleichungen die so etwas wie die Newtonschen Axiome für die Elektrodynamik sind. Diese werden sehr anschaulich dargelegt und beschrieben. Auch lassen sich aus diesen elektromagnetischen Gesetzen einige Schlussfolgerungen für das Leben im Glauben ziehen. Alles in allem eine, wie ich finde, sehr interessante und gut verständliche Einführung in die Elektrodynamik. In den nächsten Folgen werden wir die gewonnenen Erkenntnisse dieser Folge weiter vertiefen. Literatur: Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band II: Elektromagnetismus und Struktur der Materie, Oldenbourg Verlag, München, 1991. Matthias Bartelmann, Theoretische Physik III: Elektrodynamik, Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg.

In dieser Folge geht es um die Statistische Physik und die Thermodynamik. Wir erfahren unter anderem warum durch Pusten der Kühlungsprozess einer Suppe beschleunigt werden kann. Dieses Wissen vertiefen wir indem wir uns die drei Hauptsätze der Thermodynamik anschauen und veranschaulichen. Dadurch, dass wir es mit sehr, sehr vielen Teilchen zu tun haben kann man dafür nicht die erlernten Prinzipien der Mechanik verwenden, da diese sich auf einzelne Teilchen/Körper beziehen. Stattdessen muss man diese großen Systeme mithilfe statistischer Gesetze verallgemeinern. Dies führt zu neuen interessanten Größen, wie der Temperatur, der Entropie oder dem Druck, die anschaulich hergeleitet werden. Insbesondere die Entropie dürfte für die meisten neu sein und wird oft als ein Maß für die Unordnung eines Systems bezeichnet. Mit den gewonnenen thermodynamischen Erkenntnissen können wir Kreisprozesse betrachten, auf denen Wärmekraftmaschinen, wie z.B. auch Verbrennungsmotoren beim Auto basieren. Schließlich betrachten wir noch was Phasenübergänge sind und wie diese zustande kommen und erhalten daraus eine ermutigende geistliche Deutung. Literatur: Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band I: Mechanik, Strahlung, Wärme., Oldenbourg Verlag, München, 1991. Matthias Bartelmann, Theoretische Physik II: Analytische Mechanik und Grundlagen der Thermodynamik, Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg. Richard Feynman, Vom Wesen physikalischer Gesetze, Piper Taschenbuch, Februar 2012.

In dieser Podcastfolge betrachten wir die Mechanik aus einer eher analytischen Sicht.  Dabei machen wir uns zunächst klar was genau Energie eigentlich ist und wie sich der Energieerhaltungssatz verstehen lässt. Wir gehen im Weiteren auf die verschiedenen Energieformen ein und betrachten wie diese in einander umgewandelt werden können.  Mit diesem Wissen können wir Extremalprinzipien betrachten in denen die aufzuwendende Energie mit der Zeit stets minimiert wird. Daraus lassen sich die Bewegungsgleichungen über die Euler-Lagrange Gleichungen berechnen. Außerdem betrachten wir erneut die Hamilton-Jacobi Theorie, die eine Transformation auf Ruhe erlaubt. Auch das Noether-Theorem wird ein weiteres Mal behandelt und veranschaulicht. Stets werden diese Erkenntnisse auch im Geistlichen gedeutet. Zum Schluss beantworte ich noch eure Fragen zum Podcast. Literatur:  Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Vorlesungen über Physik. Band I: Mechanik, Strahlung, Wärme., Oldenbourg Verlag, München, 1991.  Matthias Bartelmann, Theoretische Physik II: Analytische Mechanik und Grundlagen der Thermodynamik, Institut für Theoretische Physik, Universität Heidelberg.