Allgemeiner Naturwissenschaften-Thread

Tja, aber wie der Artikel schon erwähnt - wenn unsere Nachfahren in 1 Milliarde Jahre nicht mehr die Technologie haben um sie auszulesen oder gar nicht mal wissen dass das Speichermedien sein sollen bringt das auch nicht viel.^^

Eine Archivierung ergibt im allgemeinen nur dann Sinn, wenn man davon ausgeht, dass ein Nachfahre ein Interesse daran hat auf diese Daten aus der Vergangenheit zuzugreifen. Wenn das fehlt, sind selbst unendlich haltbare Comics ohne Mehrwert. ;)
 
Das lustige daran dürfte allerdings sein, das derzeit vielerorts noch der Microfilm das Hauptspeichermedium zu sein scheint, und dieses Medium ist schon seit gut zwanzig Jahren wieder veraltet und nimmt doch ziemlich viel Platz in Anspruch. Digitale Archivierung ist allerdings schon ein Problem an sich, da sich ständig der Standard ändert. Für Bilder ist dies zur Zeit das TIFF, was aber in zwanzig Jahren auch schon wieder komplett veraltet sein könnte. (Eigentlich zum Teil jetzt schon. PNG hat da zum Beispiel andere Vorteile, und das ist auch nicht gerade das neuste.)

Das Perfekte Speichermedium zur Archivierung wird sich also so leicht nicht finden lassen. Kommt ja auch drauf an was für Prioritäten man setzt. Auch wenn das alles natürlich sehr interessant ist wie nahe wir den erwähnten Speicherkristallen kommen könnten.
 
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Einige in diesem Thread kennen ihn ja schon. Dank @icebär bin ich auf den YouTube Kanal "Urknall, Weltall und das Leben" gestoßen. Mich freut zum einem ungemein dass Harald Lesch wieder Videos macht in denen er nur Dinge erklären darf (à la Alpha Centauri) und nicht mehr so was weichgespültes wie im ZDF, aber mittlerweile finde ich die Videos von Josef Gaßner sogar besser. Besonders "bewegend" fand ich als Wissenschaftler Gaßners Plädoyer in den letzten 10 Minuten diesen Beitrages:
Vielen Dank noch mal an @icebär für diese tolle Empfehlung, auch wenn mir die Videos jetzt ordentlich Zeit rauben werden.;)
 
Hier noch mal ein aktuelles Beispiel zum Thema Bildung dass einem vielleicht etwas Sorgen machen könnte:
Mein Doktorvater hielt dieses Semester die Vorlesung "Moderne Physik"und ein Kollege von mir hat dazu die Übungen betreut und korrigiert jetzt die Klausuren. Die Vorlesung ist für das Lehramtsstudium Physik gedacht.

Normalerweise sollte man das Fach "Moderne Physik" für besonders anspruchsvoll halten. Diese Klausur war jedoch so einfach gestellt dass jemand, der nicht vollkommen blind durch die Welt läuft und in der Vorlesung nicht die ganze Zeit pennt, ohne weiteres die 50% zum bestehen bekommen müsste. Beispiele gefällig?

a) Alpha Centauri ist 4,5 Lichtjahre von der Erde entfernt. Ein Raumschiff ist mit v=0,5c von der Erde nach dorthin unterwegs. Wie lange braucht es (Erdzeit) um den Stern zu erreichen?

b) Wie viel Zeit vergeht an Bord des Raumschiffes?

c) Wie schnell muss das Raumschiff sein damit die Zeit an Bord 9 mal langsamer vergeht als auf der Erde?


Ok, ein paar Dinge die man den Studenten zu Gute halten könnte. Vielleicht bin ich als "Fachidiot" einfach nicht subjektiv genug um den zu erwartenden Wissensstand realistisch einschätzen zu können, obwohl das Studenten für das Physik Lehramt sind. Und für b) und c) braucht man Formeln (wobei ich schon zu Schulzeiten die Formel der Zeitdilatation auswendig kannte weil wir uns im LK einen Spaß daraus machten, die Zeitdehnung und relativistischen Massen auszurechnen - aber anderes Thema). Aber nichts entschuldigt meiner Meinung nach dass viele selbst a) nicht beantworten können.
 
@Sol
Könntest Du mir evtl die Lösungen und woe man darauf kommt erklären? Würde mich wirklich interessieren, weil ich müsste nun tatsächlich nachschlagen, woe man das heraus findet
Zu a):
Die Antwort lautet: 9 Jahre.

Begründung: Ein Lichtjahr ist definiert als die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit c ist demnach definiert als die Strecke s geteilt durch die zum zurücklegen der Strecke benötigte Zeit t. Für diese Aufgabe ist es sinnvoll, die Lichtgeschwindigkeit zu schreiben als:

c= 1 Lichtjahr / 1 Jahr

Bewegt sich ein Raumschiff mit v=0,5 c benötigt es für eine Strecke s die Zeit t=s/(0,5 c), also genau doppelt so lange wie das Licht. Für eine Distanz von 4,5 Lichtjahren benötigt man demnach 9 Jahre.


Für b) und c) benötigt man die Spezielle Relativitätstheorie, genauer gesagt den Begriff der Zeitdilatation. Die Zeitdilatation besagt dass in einem bewegten Koordinatensystem die Zeit langsamer vergeht als in einem ruhenden Koordinatensystem. Angenommen ich habe drei Uhren (U1, U2, und U3) die über Lichtsignale miteinander synchronisiert sind. U1 und U2 befinden sich zum Zeitpunkt t=0 am Ort A (die Erde) und U3 befindet sich an Punkt B (Alpha Centauri). A und B werden dabei als "ruhend" angesehen. Ein neutraler Beobachter der in einem ruhenden Koordinatensystem "von oben" auf dieses System schaut wird an U1, U2 und U3 die selbe Zeit ablesen. Nun stellt man U2 in ein Raumschiff und fliegt damit los von A nach B. U1 und U3 werden nach wie vor im Gleichtakt die Zeit anzeigen während die Zeit, die ein ruhender Beobachter an U2 abliest, langsamer zu vergehen scheint. Vergleicht man am Ziel B die Uhren U2 und U3 wird man feststellen dass bei der Uhr U2 weniger Zeit vergangen ist als bei U3 (und somit auch U1, da U1 und U3 ja die ganze Zeit als synchron angenommen wurden).

Ausdrücken lässt sich das Phänomen der Zeitstreckung durch den sogenannten Lorentzfaktor gamma. Wenn beta das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit v und der Lichtgeschwindigkeit c ist,

(1) beta=v/c

ist gamma gegeben durch

(2) gamma=1/Wurzel(1-beta^2)

Möchte man wie in b) gefordert wissen wieviel Zeit bei der Uhr U2 vergangen ist muss man die Zeit von U1 durch den Lorentzfaktor teilen, also

(3) t(U2)=t(U1)/gamma.
t(U1) kennen wir aus a), das sind nämlich die 9 Jahre. Und gamma lässt sich mit beta=0,5 mit Hilfe eines Taschenrechners leicht berechnen. Man findet:

t(U2)~7,8 Jahre.

in c) ist der Lorentzfaktor gegeben, nämlich als gamma=9. Man muss nun lediglich (2) nach beta auflösen. Man findet v~0,994 c.

Hier noch Stichpunkte zum nachschlagen: Spezielle Relativitätstheorie, Zeitdilatation bei konstanter Geschwindigkeit, Lorentzfaktor.


Die Beantwortung von a) erfordert dass man verstanden haben muss dass 1 Lichtjahr eine Strecke darstellt und keine Zeit. b) und c) benötigen die Formel für gamma, außerdem muss man in der Lage sein sie richtig anzuwenden. Ich bin mir nun nicht sicher ob die Studenten eine Formelsammlung nutzen durften. Außerdem ist ein genaues Verständnis der Zeitdilatation alles andere als trivial, und eigentlich müsste ich jetzt wohl Mincowski Diagramme hinmalen und konkret Bezugssysteme S und S' definieren um das ganze wirklich sauber zu erklären (was in dieser Aufgabe allerdings nicht gefordert war). b) und c) kann man daher also eine gewisse Schwierigkeit unterstellen und daher bei meiner Kritik ausklammern. Die Beantwortung von a) ist dagegen wirklich trivial, aber tatsächlich scheinen einige daran gescheitert zu sein dass sie nicht verstanden haben was ein Lichtjahr bedeutet. Ich würde auf den Punkt ja gar nicht groß herumreiten wenn das eine Nebenfachklausur für ein physikfernes Studium wäre. Aber die Studenten die diese Klausur schrieben wollen mal Physiklehrer werden.
 
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Ich danke Dir @Sol
Du siehst ja wie spät es war gestern. Ich war halt auch auf 9 Jahre gekommen, da ich mir dachte, das 1/2 Lichtgeschwindigkeit ja logischerweise doppelt so lang für ein Lichtjahr braucht. Wollte mir das mit den Zahlen dann ausrechnen um es mir zu bestätigen (also googlete wie viel Strecke Licht in einem Jahr schafft etc) war dann aber zu müde dafür.
b und c... ob ich alles verstanden habe, bezweifle ich, aber ich finde das sehr interessant. Solche Dinge haben mich schon bei Interstellar interessiert und fand es damals schon mutig, sowas dem Publikum zuzutrauen^^
 
@Richard Reynolds
a) Alpha Centauri ist 4,5 Lichtjahre von der Erde entfernt. Ein Raumschiff ist mit v=0,5c von der Erde nach dorthin unterwegs. Wie lange braucht es (Erdzeit) um den Stern zu erreichen?

Ziemlich trivial, da man das Raumschiff von der Erde aus betrachtet.

Nach der Newtonschen Physik ist t = s/v.

v ist die Geschwindigkeit (0,5c).
s ist die Strecke (4,5ly).
t ist die gesuchte Zeit.

Also:
t = 4,5ly / 0,5c = 9a

Edit: Ich habe mal statt 'y' jetzt die korrekte SI-Einheit 'a' für das Jahr (lat. annum) verwendet und auch sonst noch ein paar Tippfehler korrigiert.

9 Jahre braucht das Raumschiff demnach, wenn man es bei seiner Reise von der Erde aus beobachtet.

b) Wie viel Zeit vergeht an Bord des Raumschiffes?

Kurze Antwort: Weniger als 9 Jahre!

Ausführliche Antwort:

Hier wird es schon deutlich schwieriger, da hier zwei Bezugssysteme eine Rolle spielen, nämlich das der Erde und das im Raumschiff mit der Geschwindigkeit 0,5c.

Ich nehme hier der Einfachheit halber an, dass die Erde sich nicht bewegte.
Tatsächlich rast die Erde im Vergleich zu alltäglichen Geschwindigkeiten (Auto, ICE, Flugzeug) zwar auch durchs All, im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit ist das aber zu vernachlässigen. Das ganze Sonnensystem ist übrigens sogar noch mal deutlich schneller unterwegs. Mehr Infos: http://www.dlr.de/desktopdefault.aspx/tabid-5089/8554_read-16291/

Trotzdem ist die Lichtgeschwindigkeit selbst bei konservativster Betrachtung noch immer um drei ganze Größenordnungen größer; dies entspricht einem Faktor von 10³ oder 1000.

Das hier nun relevante Stichwort heißt 'Zeitdilatation'. Dieser Begriff sagt aus, dass die Zeit in einem sich bewegenden Bezugssystem anders vergeht, als in einem Ruhenden.

Ausgedrückt wird dies durch folgende Formel:

zeitdilatation.gif


Dabei ist hier in dieser Aufgabenstellung:

T' = Die gesuchte Zeit, die auf dem Raumschiff vergeht.
T = Die Zeit, die auf dem beobachtenden Bezugssystem vergeht (Erde), also 9 Jahre.
V = Die Geschwindigkeit des Raumschiffs, von der Erde aus gemessen (0,5c).
C = Die Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante.

Also:
T' = 9a * (1- ( (0,5c)² / c² ) ) ^ 0,5
T' = 9a * (1- ( 0,25 c² / c² ) ) ^ 0,5
T' = 9a * (1- 0,25) ^ 0,5
T' = 9a * (0,75) ^ 0,5
T' = 9a * (0,75) ^ 0,5 = 9a * 0,87 = 7,79 Jahre.

c) Wie schnell muss das Raumschiff sein damit die Zeit an Bord 9 mal langsamer vergeht als auf der Erde?

Und hier gehen wir jetzt einfach Rückwärts an die selbe Formel heran.

T' = Die Zeit, die auf dem Raumschiff vergeht, also 1 Jahr.
T = Die Zeit, die auf dem beobachtenden Bezugssystem vergeht (Erde), also 9 Jahre.
V = Die Geschwindigkeit des Raumschiffs, die jetzt gesucht wird.
C = Die Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante.

Bei dieser Aufgabenstellung ist direkt schon ersichtlich, dass der Wurzelterm ein Neuntel ergeben muss, damit eine Reisezeit von einem Jahr für das Raumschiff dabei heraus kommt, weil 9 * 1/9 = 1.

Also:
(1- ( v² / c² ) ) ^ 0,5 = 1/9 | ()²
1- ( v² / c² ) = 1/81 | - 1/81 | +( v² / c² )
1- (1/81) = v² / c²
(81 / 81) - ( 1 / 81 ) = v² / c²
80 / 81 = v² / c²
0,98 = v² / c² | *c²
0,98c² = v² | ()^0,5
0,99c = v

Das heißt, dass das Raumschiff sich mit einer Geschwindigkeit nahe an C bewegen müsste.
 
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Das Problem ist glaube ich dass die Übungen nicht mehr Voraussetzung für die Klausur sind. Da haben wohl vor ein paar Jahren ein paar Schlaumeier geklagt und Recht bekommen. Jetzt steht in der Prüfungsordnung dass als Leistungsnachweis nur eine Klausur zu erbringen ist. Das heißt jeder eingeschriebene der sich zur Klausur anmeldet darf mitschreiben (wobei auch das eine große Hürde zu sein scheint weil es immer wieder Leute gibt die den Anmeldetermin verpennen und dann regelmäßig Gezeter machen wenn sie nicht mitschreiben dürfen).
Jedenfalls sind Übungen nun nur noch optional, und wie das mit optionalen Dingen halt nun mal ist - viele gehen dann halt einfach nicht hin.

Aber ich habe mir sagen lassen dass das Staatsexamen ein ganz anderes Kaliber ist, wer bis dahin nicht kapiert hat das er was tun muss für den ist spätestens dann wohl Schluss.
 
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Warum nicht einfach die erfolgreiche Teilnahme an der Übung als Studienleistung nehmen? So wird das bei uns gehandhabt, vor allem in theoretischen Fächern wo es kein Praktikum gibt sind Übungen in der Regel Pflichtveranstaltungen.
 
Gute Frage. Möglicherweise weil jetzt überall Noten verlangt werden und das geht besser mit Klausuren?

Jedenfalls sind einige Dozenten die ich persönlich kenne hoch unzufrieden und fordern dass das jetzige System wieder gekippt wird weil das Niveau sonst nicht zu halten ist.
 
Also ich kenne das nur so, dass von einem Studenten zwei Leistungen erbracht werden müssen um ein Modul erfolgreich abzuschließen: Prüfungsleistung und Studienleistung. Die Prüfungsleistung wird benotet und die Studienleistung muss nur bestanden werden, wobei dort bspw. eine Mindestanzahl von Punkten für Übungsblätter erreicht werden muss oder aber ein Praktikum erfolgreich besucht werden muss.
 
Also ich kenn die genaue Studienordnung der einzelnen Fächer nicht genau, aber in vielen Fällen scheint tatsächlich bei einer Vorlesung, wo früher eine Übungsteilnahme als Klausurvoraussetzung und das bestehen einer Klausur Bedingung waren um das Modul zu bestehen, die Pflicht an der Übung auf Betreiben der Studentenvertretung gestrichen wurde.

Das führt zu sehr unschönen Nebeneffekten: Als ich noch studierte konnte ein Dozent noch davon ausgehen: Ok, Student X hat die 60% in den Übungen, der wird wohl auch die Klausur mitschreiben. Mittlerweile ist es so dass die Vorlesungsteilnehmer sich zu Beginn des Semesters zur Klausur anmelden aber zur Klausur viele dann gar nicht erst kommen. Und wenn's dumm läuft bucht der Dozent dann halt einen Seminarraum oder gar einen Hörsaal umsonst.

Aber gut, ich denke die Verwaltung wird irgendwann selbst einsehen dass das neue System nicht sinnvoll ist.
 
Mal eine Empfehlung von mir für alle die gerne lustige und informative Podcasts hören:

No Such Thing As A Fish
Der Podcast der "QI Elves" die für die geniale Sendung QI (bis zur aktuellen Staffel von Stephen Fry gehostet)
Fakten recherchieren.
Zwischen 30 und 40 Minuten, wöchentlich, von Naturwissenschaften bis hin zu Geschichte und kuriosem.
Sehr viel über die Geschichte von wichtigen Entdeckungen aus Physik, Chemie, Biologie und allem anderen.
Meistens sind es vier Haupt-Fakten und Fakten aus dem gleichen Themengebiet.
http://qi.com/podcast (auf Englisch)
 
Harald Lesch äußert sich zu den kruden Ansichten der AfD in Hinsicht auf den Klimawandel:

Leider wird es entsprechende Menschen eher nicht erreichen.
Traurig, dass es soviele Menschen gibt, die zu wissenschaftlichen Themen eine starke Meinung haben, aber tatsächlich wenig bis gar keine Ahnung haben und dann nach ,,Bauchipedia´´ entscheiden.
 
Das CRISPR/Cas-System erlaubt die präzise Manipulation des Erbguts mit geringem Aufwand und niedrigen Kosten. Die Versprechungen sind groß, die Gefahren vielleicht auch. Kurzgesagt widmet sich im aktuellen Video diesem Thema:

 
Das CRISPR/Cas-System erlaubt die präzise Manipulation des Erbguts mit geringem Aufwand und niedrigen Kosten. Die Versprechungen sind groß, die Gefahren vielleicht auch. Kurzgesagt widmet sich im aktuellen Video diesem Thema:

Designer Babies. Erinnert schon stark an Sci-Fi, und auch irgendwie ans Klonen auf Kamino, oder einer Vorstufe davon. Wobei ich mir ziemlich sicher bin, da wird sich die Ethik Kommission früher oder später dahinter schalten und dann wird es von der Politik verboten, wie das menschliche Klonen und die starken Einschränkungen in der Embryonalforschung.
 
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