Eine kleine Geschichte des Elektrons (2005)

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The Metamorphosis of the Electron (2014)


The Metamorphosis of the Electron: An excursion in the landscape of physics

 

In the beginning the electron was thought of as a small ball of electric charge. With the development of the theory of relativity physicists got into troubles with this simple picture. The electron was rotating, but the speed of rotation was much too high. Calculating the mass made problems. Quantum theory solved some of the difficulties, but only by losing an intuitive understanding. The location of the electron became uncertain; the ball turned into a diffuse cloud. Simple experiments with beams of electrons clearly demonstrated truly queer properties of electrons. The particle turned into a wave. The picture of the electron got more and more unclear, the shape was transformed to unclear terms and at the end it lost its identity. As we follow the metamorphosis of the electron some of its partners, the positron and the photon, appear and they also show odd features. We will see where the electron and its partners are involved: atomic model, quantum physics, theory of relativity, classical electrodynamics, quantum electrodynamics, gravitation and antimatter. Along the way the related physics is explained in an easy manner. The book is not a textbook for physicists, and in its one hundred pages it deals only with the most exciting aspects of physics. These aspects reveal far-reaching problems which physicists and also earlier philosophers pondered as they sought a basic understanding of our universe. The book is addressing the layman and also students of physics on a higher level who are more interested in the physics behind the mathematic equations.

 

 

EINE KLEINE GESCHICHTE DES ELEKTRONS

 

Das Bild, das sich die Physiker vom Elektron machen, hat sich mit der Entwicklung der modernen Physik entsprechend geändert. Anhand dieser Änderung wird gezeigt, daß die Physik nicht nur trockener und starrer Formelkram ist, sondern daß sich hinter den Formeln eine phantastische und bizarre Welt verbirgt.

 

Um die Natur und deren Erscheinungen nur einigermaßen zu begreifen, ist sehr viel Phantasie notwendig. Hinter den Erscheinungen tut sich eine wundersame Welt auf, eine Welt voller Wunder – keine spirituelle oder magische Welt sondern eine Welt, die in ihrer Realität viel wundersamer ist als alle metaphysischen Gedankengebäude.

 

Man stellte sich anfangs das Elektron als kleine elektrostatisch geladene Kugel vor. Mit der Entwicklung der Relativitätstheorie geriet man damit in Schwierigkeiten. Die Quantentheorie konnte einige dieser Schwierigkeiten überwinden, allerdings auf Kosten der Anschaulichkeit. Aus der Kugel wurde eine diffuse Wolke. Die Merkwürdigkeiten des Elektrons zeigen sich insbesondere in der Beugung am Doppelspalt. Das Bild des Elektrons wird immer unklarer, die Gestalt löst sich auf in unanschauliche Begriffe, bis es schließlich auch seine Identität verliert. Gleichzeitig erscheinen einige seiner Gesellen, das Positron und das Photon, die ebenfalls sonderbare Eigenschaften zeigen. Auf diese Weise wird über den Bogen vom Elektron als Kugel bis zur Auflösung seiner Identität die zugehörige Physik in anschaulicher und lockerer Art dargestellt.

 

Das Büchlein ist kein Lehrbuch der Physik; es berührt auch nur einige wenige Aspekte der Physik, aber diese behandeln zum Teil tiefgreifende Probleme, mit denen sich die Physiker und auch frühe Philosophen schon seit Generationen beschäftigen und die verständnismäßig einen Großteil der heutigen Physik betreffen.

 

Das Büchlein wendet sich sowohl an den Physiker, der vielleicht seine Freude an dem einen oder anderen Gedankengang haben möge, als auch vor allem an den Laien - ich denke dabei vor allem an meine Frau, die geduldig viele Jahrzehnte ihr Leben mit der Gedankenwelt eines Physikers geteilt hat - um zu zeigen, daß wir bei weitem nicht alles verstehen. Die Natur erscheint uns voller Widersprüche, aber je weiter wir versuchen mit unserem Verständnis in sie einzudringen, umso mehr offenbart sie uns ihre atemberaubende Schönheit.