Zehn hoch x

Zehn hoch x
Die Welt des Makro-und Mikrokosmos
Wir befinden uns am Anfang der wohl fantastischsten
und unmöglichsten Reise, die wir nur gedacht oder
animiert machen können. Es ist die Reise in den
Makrokosmos, also dem aller größten, und in den
Mikrokosmos, dem aller kleinsten.
Benjamin Bertl
11.06.2014
19. September 2015
Inhaltsverzeichnis
1.
Makrokosmos .................................................................................................................................. 3
1.1.
Zehn hoch 0 bis zehn hoch 7 ................................................................................................... 3
1.1.1.
Aufbau der Erde............................................................................................................... 3
1.1.2.
Magnetfeld der Erde ....................................................................................................... 4
1.2.
Zehn hoch 8 ............................................................................................................................. 5
1.2.1.
1.3.
Zehn hoch 9 bis zehn hoch 11 ................................................................................................. 6
1.3.1.
Die Astronomische Einheit (AE)....................................................................................... 6
1.3.2.
Die Sonne......................................................................................................................... 7
1.4.
Zehn hoch 12 bis zehn hoch13 ................................................................................................ 8
1.4.1.
1.5.
Heliopause ....................................................................................................................... 8
Zehn hoch 14 bis zehn hoch 16 ............................................................................................... 9
1.5.1.
Oor´tsche Wolke ........................................................................................................... 9
1.5.2.
Lichtjahr ......................................................................................................................... 10
1.6.
Zehn hoch 17 bis zehn hoch 21 ............................................................................................. 11
1.6.1.
1.7.
1.8.
Milchstraße.................................................................................................................... 11
Zehn hoch 22 ......................................................................................................................... 12
1.7.1.
Lokale Gruppe ............................................................................................................... 12
Zehn hoch 23 bis zehn hoch 24 ............................................................................................. 13
1.8.1.
Virgo Haufen .................................................................................................................. 13
1.8.2.
Große Attraktor ............................................................................................................. 14
1.9.
Zehn hoch 25 bis zehn hoch 26 ............................................................................................. 15
1.9.1.
2.
Der Mond ........................................................................................................................ 5
Kosmische Hintergrundstrahlung .................................................................................. 15
Mikrokosmos ................................................................................................................................. 16
2.1.
Zehn hoch -1 bis zehn hoch -2 ............................................................................................... 16
2.1.1.
2.2.
Grenze des Sehvermögens ............................................................................................ 16
Zehn hoch -3 bis zehn hoch -5 ............................................................................................... 17
2.2.1.
Zelle ............................................................................................................................... 17
2.2.2.
Mitochondrien ............................................................................................................... 18
2.3.
Zehn hoch -6 .......................................................................................................................... 19
2.3.1.
2.4.
Zellkern .......................................................................................................................... 19
Zehn hoch -7 bis zehn hoch –8 .............................................................................................. 20
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2.4.1.
Kopieren der DNA .......................................................................................................... 20
2.4.2.
Molekül .......................................................................................................................... 21
2.5.
Zehn hoch -9 bis zehn hoch -10............................................................................................. 23
2.5.1.
Ångström ....................................................................................................................... 23
2.5.2.
Atome ............................................................................................................................ 24
2.5.3.
Elektronen ..................................................................................................................... 25
2.5.4.
Protonen ........................................................................................................................ 25
2.5.5.
Neutronen ..................................................................................................................... 25
2.6.
Zehn hoch -14 bis zehn hoch -35........................................................................................... 26
2.6.1.
Quarks ........................................................................................................................... 26
2.6.2.
Blankwelt ....................................................................................................................... 27
Quellen .................................................................................................................................................. 28
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1. Makrokosmos
1.1.
Zehn hoch 0 bis zehn hoch 7
1.1.1. Aufbau der Erde
Die massenanteilige Zusammensetzung der Erde besteht hauptsächlich aus Eisen (32,1 %),
Sauerstoff (30,1 %), Silizium (15,1 %), Magnesium (13,9 %), Schwefel (2,9 %), Nickel (1,8 %),
Calcium (1,5 %) und Aluminium (1,4 %). Die restlichen 1,2 % teilen sich Spuren von anderen
Elementen.
Nach seismischen Messungen ist die Erde hauptsächlich aus drei Schalen aufgebaut: aus dem
Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Diese Schalen sind durch seismische
Diskontinuitätsflächen (Unstetigkeitsflächen) voneinander abgegrenzt. Die Erdkruste und der
oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die sogenannte Lithosphäre. Sie ist
zwischen 50 und 100 km dick und zergliedert sich in große und kleinere tektonische Einheiten,
die Platten.
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Ein dreidimensionales Modell der
Erde wird, wie alle verkleinerten
Nachbildungen von Weltkörpern,
Globus genannt.
1.1.2. Magnetfeld der Erde
Um die Erde befindet sich ein magnetisches Feld, dass von einem Geodynamo erzeugt wird.
Das Feld ähnelt nahe der Erdoberfläche einem magnetischen Dipol. Die magnetischen
Feldlinien treten auf der Südhalbkugel der Erde aus und durch die Nordhalbkugel wieder in
die Erde ein. Im Erdmantel verändert sich die Form des Magnetfeldes. Außerhalb der
Erdatmosphäre wird das Dipolfeld durch den Sonnenwind verformt.
Die geomagnetischen Pole der Erde fallen nicht genau mit den geografischen Polen der Erde
zusammen. Im Jahr 2007 war die Achse des geomagnetischen Dipolfeldes um etwa 11,5°
gegenüber der Erdachse geneigt.
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1.2.
Zehn hoch 8
1.2.1. Der Mond
Der Mond ist der einzige natürliche Satellit der Erde. Seit den Entdeckungen von Trabanten
bei anderen Planeten des Sonnensystems, im übertragenen Sinn zumeist als Monde
bezeichnet, wird er zur Vermeidung von Verwechslungen auch Erdmond genannt. Er ist mit
einem Durchmesser von 3476 km der fünftgrößte Mond des Sonnensystems.
Aufgrund
seiner
verhältnismäßigen Nähe ist
er der einzige fremde
Himmelskörper, der bisher
von Menschen betreten
wurde, und auch der am
weitesten
erforschte.
Trotzdem gibt es noch viele
Unklarheiten, etwa in Bezug
mancher
Geländeformen.
Die jüngere Entwicklung des
Mondes
ist
jedoch
weitgehend geklärt.
Sein astronomisches Symbol ☾ ist die abnehmende Mondsichel, wie sie (nach rechts offen)
von der irdischen Nordhalbkugel aus erscheint.
Der Mond entstand durch das Einschlagen eines Impactors auf die noch glutflüssige Erde. Dies
war kein direkter, sondern ein Streif -Einschlag. Es bildete sich ein Ring aus flüssigem Material.
Aus dem Ring entstand schnell der Mond.
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1.3.
Zehn hoch 9 bis zehn hoch 11
1.3.1. Die Astronomische Einheit (AE)
Die Astronomische Einheit (abgekürzt AE, international AU für englisch astronomical Unit) ist
ein gängiges Maß. Diese ist 149 597 870 700 m lang und entspricht etwa dem mittleren
Abstand zwischen Erde und Sonne. Und damit die Entfernung zwischen Sonne und Erde.
Die astronomische Einheit ist neben dem Lichtjahr und dem Parsec die wichtigste Einheit unter
den astronomischen Maßeinheiten. Sie gehört nicht zum Internationalen Einheitensystem, ist
zum Gebrauch mit dem SI aber zugelassen. Sie ist keine gesetzliche Maßeinheit.
Entfernungen innerhalb des Sonnensystems werden meist in AE angegeben, da sich so
bequeme Zahlenwerte ergeben.
Das Internationale Büro für Maß und Gewicht empfiehlt für die astronomische Einheit das
Einheitenzeichen unter anderen:
-
Die Internationale Astronomische Union (IAU) sieht für sie das Einheitenzeichen au vor.
Im Gegensatz dazu hat sich in der deutschsprachigen Literatur die Verwendung von AE
und AU durchgesetzt.
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1.3.2. Die Sonne
Die Sonne ist ein Stern in der Galaxie Milchstraße. Sie ist ein Hauptreihenstern (Zwergstern)
und steht im Zentrum des Sonnensystems, welches sie durch ihre Gravitation dominiert.
Die Erde ist einer der Planeten, die die
Sonne umkreisen. Die thermonuklear
gespeiste Strahlung des heißen Gas Balls
ist
Grundvoraussetzung
für
die
Entstehung und Entwicklung des Lebens
auf der Erde.
Die Sonne ist der erdnächste sowie am
besten erforschte Stern überhaupt. Sie ist
ein pulsationsveränderlicher Stern, das
heißt, sie weist zyklisch veränderliche
Eigenschaften auf, was Sonnenaktivität
genannt wird.
Die Sonne, deren Himmelslauf den (Erden-)Tag und das (Erden-)Jahr gliedert, wird seit
Urzeiten kultisch verehrt.
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1.4.
Zehn hoch 12 bis zehn hoch13
1.4.1. Heliopause
Die Heliopause ist die Grenzschicht zwischen dem Sonnenwind und dem Intergalaktischen
Medium. Hier gleichen sie sich gegenseitig aus. Die Voyager Sonden brauchten 30 Jahre um
bei ihr anzukommen.
Hier vermischen sich die Partikel des Sonnenwindes mit dem interstellaren Gas und haben
keine erkennbare herausstechende Strömungsrichtung im Vergleich mit dem die Heliosphäre
umgebenden Gas.
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1.5.
Zehn hoch 14 bis zehn hoch 16
1.5.1. Oor´tsche Wolke
Ein Trümmerfeld um unsere Sonne. Bis hier reicht noch die Gravitation der Sonne. Die
Oor´tsche Wolke, ist eine hypothetische und bisher nicht nachgewiesene Ansammlung
astronomischer Objekte im äußersten Bereich unseres Sonnensystems.
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1.5.2. Lichtjahr
Ein Lichtjahr ist die Strecke, die eine elektromagnetische Welle wie das Licht in einem
julianischen Jahr im Vakuum zurücklegt. Das sind 9,460 Billionen Kilometer (9,460 · 1012 km).
Ein Lichtjahr entspricht in etwa 236 Millionen Erdumrundungen entlang des Äquators.
Es gibt mehrere Definitionen für ein Jahr. So gibt es das tropische Jahr, das gregorianische
Jahr, das julianische Jahr und das siderische Jahr. Diese weichen bis zu 0,005 Prozent
voneinander ab, was bei genaueren Angaben zu Divergenzen führt. Daher hat die
Internationale Astronomische Union (IAU) empfohlen, ein „Jahr“ ohne genauere Angaben als
julianisches Jahr (= exakt 365,25 Tage) auszulegen. Damit und mit der Lichtgeschwindigkeit im
Vakuum ist das Lichtjahr exakt definiert. Da der Meter im SI über die Lichtgeschwindigkeit
definiert ist (299.792.458-ster Teil einer Lichtsekunde), entspricht ein Lichtjahr einer exakten
ganzen Zahl von Metern.
Analog zum Lichtjahr sind die Einheiten Lichtsekunde, Lichtminute, Lichtstunde und Lichttag
definiert. Diese sind über die Lichtgeschwindigkeit (beziehungsweise die Definition des Meters
im Internationalen Einheitensystem) exakt festgelegt.
Damit entspricht
eine Lichtsekunde (1 Ls.):
299 792,458 km
≈
300.000 km = 300 Millionen Meter
17 987 547,48 km
≈
18.000.000 km = 18 Milliarden Meter
1 079 252 848,8 km
≈
1.080.000.000 km = 1,08 Billionen Meter
ein Lichttag (1 Ld):
25 902 068 371,2 km
≈
26.000.000.000 km = 26 Billionen Meter
ein Lichtjahr (1 Lj):
9.460.730.472.580,8 km
≈
9,5 Billionen km = 9,5 Billiarden Meter
eine Lichtminute (1 Lm):
eine Lichtstunde (1 Lh):
Ein Lichtjahr entspricht des Weiteren etwa 63.241,077 AE (Astronomischen Einheiten),
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1.6.
Zehn hoch 17 bis zehn hoch 21
1.6.1. Milchstraße
Die Milchstraße ist die Galaxie, in der sich unser Sonnensystem mit der Erde befindet.
Entsprechend ihrer Form als flache Scheibe, die aus Milliarden von Sternen besteht, ist die
Milchstraße von der Erde aus als bandförmige Aufhellung am Nachthimmel sichtbar, die sich
über 360° erstreckt.
Ihrer Struktur nach zählt die Milchstraße zu den Balkenspiralgalaxien.
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1.7.
Zehn hoch 22
1.7.1. Lokale Gruppe
In der lokalen Gruppe ist unsere Milchstraße die größte Galaxie nach der Andromeda Galaxie.
Die Lokale Gruppe ist in der Astronomie der Galaxienhaufen, dem die Milchstraße angehört.
Sie hat einen Durchmesser von 5 bis 8 Millionen Lichtjahren. Sie nimmt damit etwa einen 100
Millionstel Teil des beobachtbaren Universums ein.
Die Milchstraße und die Andromeda Galaxie sind die beiden größten Galaxien der lokalen
Gruppe. In ihrer direkten Nachbarschaft befinden sich etwa sechzig Zwerggalaxien. Außerdem
enthält die lokale Gruppe einige kleinere Galaxien, die keinem der beiden Zentren zugeordnet
werden können.
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1.8.
Zehn hoch 23 bis zehn hoch 24
1.8.1. Virgo Haufen
Der Virgo-Galaxienhaufen ist ein großer Galaxienhaufen mit mindestens 1300, vermutlich
aber über 2000 Galaxien. Er liegt in Richtung des Sternbilds Jungfrau (Virgo); sein Zentrum ist
von unserer Milchstraße etwa 54 Millionen Lichtjahre entfernt.
Der Haufen bildet ferner das Zentrum des lokalen Superhaufens, der daher auch VirgoSuperhaufen genannt wird. Die Lokale Gruppe -- jener Galaxienhaufen, dem unsere eigene
Milchstraße und der Andromeda Nebel angehören -- ist wie der Virgo-Galaxienhaufen Teil
dieses Superhaufens.
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1.8.2. Große Attraktor
Der Große Attraktor ist ein sogenanntes Filament und eine der massereichsten bekannten
Strukturen im Universum. Er hat eine Masse in der Größenordnung von 10 Billiarden
Sonnenmassen (1016 M☉) und ist etwa 150 bis 250 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt
(ca. 1,4–2,4×1024 m). Das Schwerkraftzentrum liegt im Norma-Galaxienhaufen – südlich des
Skorpion –, der schwer zu beobachten ist, da er von der Erde aus gesehen fast ganz in der
Ebene der Milchstraße verborgen liegt.
Eine noch größere Galaxie Anhäufung. Auf ihn bewegt sich der Virgo Haufen zu, da er mehr
Masse hat.
Die Mutter aller Dinge ist die Gravitation und dort wo mehr Masse ist bewegen sich kleinere
Massen hin. Dies hat in allen Größenordnungen seine Richtigkeit. Vielleicht gibt es noch etwas
Größeres auf das sich der „Große Attraktor“ hinbewegt.
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1.9.
Zehn hoch 25 bis zehn hoch 26
1.9.1. Kosmische Hintergrundstrahlung
Die Hintergrundstrahlung, genauer kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, ist eine das
ganze Universum erfüllende isotrope Strahlung im Mikrowellenbereich, welche kurz nach dem
Urknall entstanden ist. Sie hat eine herausragende Bedeutung für die physikalische
Kosmologie und wird auch Drei-Kelvin-Strahlung (wegen der niedrigen Temperatur bzw.
Energiedichte), engl. cosmic microwave background (CMB) – genannt.
Die kosmische Hintergrundstrahlung ist nicht zu verwechseln mit der kosmischen Strahlung.
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2. Mikrokosmos
2.1.
Zehn hoch -1 bis zehn hoch -2
2.1.1. Grenze des Sehvermögens
Ab hier sieht man nichts mehr. In dieser Schicht gibt es viele Tiere die sich gut an das Leben
auf der Haut angepasst haben. Manche zu gut ;-)
Milben, sie haben sich an diesen Lebensraum perfekt angepasst.
Für Allergiker kann der Kot dieser Tiere echte Probleme machen. Der Milbenkot ist für 60
allergische Krankheiten verantwortlich.
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2.2.
Zehn hoch -3 bis zehn hoch -5
2.2.1. Zelle
Die Zelle ist der Urbaustein des Lebens auf der Erde. Es gibt Zellen mit und Zellen ohne
Zellkern. Die Zellen ohne Zellkerne gab es früher, da es einfacher war es ohne Zellkern zu
versuchen. Die Zelle ist eine Zusammensetzung aus vielen Einzellern. Die Zelle erneuert sich
immer wieder von selbst.
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2.2.2. Mitochondrien
In ihnen gibt es weiteres Erbgut daher wissen wir, dass wir alle aus Ostafrika stammen. Sie
wird mit RNS abgekürzt. Das Mitochondrium (auch Mitochondrion, Plural Mitochondrien; von
altgriechisch μίτος mítos ‚Faden‘ sowie χόνδρος chóndros ‚Korn‘) ist ein von einer
Doppelmembran umschlossenes Organell mit eigener Erbsubstanz. Mitochondrien kommen
in den Zellen fast aller Eukaryoten vor. Bei Prokaryoten kommen sie nicht vor.
Mitochondrien fungieren unter anderem als „Energiekraftwerke“, indem sie das energiereiche
Molekül Adenosintriphosphat bilden. Darüber hinaus erfüllen sie weitere essentielle
Funktionen für die Zelle; sie sind beispielsweise an der Bildung der Eisen-Schwefel-Cluster
beteiligt.
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2.3.
Zehn hoch -6
2.3.1. Zellkern
Der Zellkern ist das Hauptmerkmal zur Unterscheidung zwischen Eukaryoten (Lebewesen mit
abgegrenztem Zellkern) und Prokaryoten (Lebewesen ohne abgegrenzten Zellkern, also
Bakterien und Archaeen). Er enthält den größten Teil des genetischen Materials der
eukaryontischen Zellen in Form von mehreren Chromosomen. Weitere Gene finden sich in
den Mitochondrien und bei Pflanzen auch in Chloroplasten. Die meisten Zellen enthalten
genau einen Kern. Es gibt jedoch auch Ausnahmen. Beispielsweise enthalten Myotuben, die
durch Verschmelzung von Myoblasten entstehen, mehrere Kerne. In Embryonen der
Fruchtfliege teilen sich Kerne sehr schnell, ohne dass zunächst trennende Zellmembranen
entstehen. Reife Erythrozyten der Säuger enthalten keinen Kern mehr, er wird während der
Reifung abgestoßen.
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2.4.
Zehn hoch -7 bis zehn hoch –8
2.4.1. Kopieren der DNA
Wichtige Vorgänge, die innerhalb des Zellkerns ablaufen, sind die DNA-Replikation (die
Duplizierung des in Form von DNA vorliegenden genetischen Materials) und Transkription (das
Erstellen einer RNA-Kopie eines gegebenen DNA-Abschnitts, der oft, aber nicht immer, einem
Gen entspricht).
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2.4.2. Molekül
Moleküle sind im weiten Sinn zwei- oder mehratomige Teilchen, die durch chemische
Bindungen zusammengehalten werden und wenigstens so lange stabil sind, dass sie z. B.
spektroskopisch beobachtet werden können. Es kann sich um neutrale Teilchen, aber auch um
Radikale, Ionen oder auch ionische Addukte handeln. So sind z. B. viele Typen von
interstellaren Molekülen unter irdischen Bedingungen nicht stabil. IUPAC nennt solche
Teilchen molekulare Gebilde.
Im engen Sinn und im allgemeinen Sprachgebrauch der Chemie sind Moleküle elektrisch
neutrale Teilchen, die aus zwei oder mehreren Atomen aufgebaut sind. Die Atome bilden
einen in sich abgeschlossenen, chemisch ab gesättigten Verband und sind kovalent
miteinander verknüpft. Ein so definiertes Molekül ist das kleinste Teilchen eines bestimmten
Reinstoffes und hat eine bestimmbare Molekülmasse. Ein Molekül ist kein starres Gebilde, bei
Energiezufuhr treten unterschiedliche Molekülschwingungen auf.
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Moleküle können aus Atomen eines einzigen chemischen Elements aufgebaut sein, wie
Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2). Meist sind Moleküle jedoch Verbände von Atomen
verschiedener Elemente, wie Wasser (H2O) und Methan (CH4). Die Anordnung der Atome
(ihre Konstitution) in einem Molekül ist durch chemische Bindungen fixiert. In bestimmten
Fällen können Moleküle wie zum Beispiel die Moleküle der Milchsäure, Formen mit gleicher
Konstitution, aber unterschiedlicher räumlicher Anordnung (der Konfiguration) vorliegen.
Das gleiche Summenformeln unterschiedliche Moleküle zulassen, wird allgemein Isomerie
genannt.
Ein einzelnes Molekül hat die chemischen Eigenschaften eines Stoffes. Die physikalischen
Eigenschaften, wie Siede- oder Schmelzpunkt eines molekularen Stoffes werden durch
zwischenmolekulare Kräfte bestimmt und können bei Feststoffen zur Bildung von
Molekülgittern führen. Große Moleküle werden Makromoleküle genannt. Aus
Makromolekülen bestehen Kunststoffe wie PET und Biopolymere wie die Stärke.
Die Größe von zweiatomigen Molekülen liegt im Bereich von 10−10 m, relativ große Moleküle
aus recht vielen Atomen erreichen einen Durchmesser im Bereich von 10 −9 m, wobei
Makromoleküle noch etwas größer sein können. Experimentell lässt sich die Größe von
Molekülen z. B. mit dem Ölfleckversuch abschätzen.
Die Bindungsverhältnisse in Molekülen werden beispielsweise mit dem VSEPR-Modell oder
der MO-Theorie erklärt und beschrieben.
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2.5.
Zehn hoch -9 bis zehn hoch -10
2.5.1. Ångström
Ein Ångström ist eine Einheit die 100 Pikometer lang ist.
Das Ångström [ˈɔŋstrø:m] ist eine nach dem schwedischen Physiker Anders Jonas Ångström
benannte Einheit der Länge. Das Einheitenzeichen ist Å (A mit Ring). [1]
1 Å = 100 pm = 0,1 nm = 10−4 μm = 10−7 mm = 10−10 m
Das Ångström ist keine SI-Einheit. Da sie nicht in der Einheitenrichtlinie aufgeführt wird, ist sie
auch keine gesetzliche Einheit in der EU, nach der schweizerischen Einheitenverordnung auch
nicht in der Schweiz. In DIN 1301-3 ist sie ausdrücklich als nicht mehr zugelassene Einheit
aufgelistet.
Sie wird aber in manchen Bereichen benutzt, um mit „einfachen“ Zahlenwerten arbeiten zu
können. Insbesondere in der Kristallographie und der Chemie ist das Ångström weit verbreitet.
1Å ist die typische Größenordnung für Atomradien, Abständen von Atomen in
Kristallstrukturen und Bindungslängen in Molekülen, der Radius isolierter neutraler Atome
beträgt zwischen 0,3Å bis 3Å. Aus diesem Grund wird das Ångström oft als Einheit für
Abstände in atomaren Größenordnungen verwendet sowie für die Angabe der verwendeten
Wellenlänge der Röntgenstrahlung bei ihrer Ermittlung in Röntgenbeugungsexperimenten
wie der Kristallstrukturanalyse. Auch in der Optik oder der Astronomie wird das Ångström zur
Angabe einer Wellenlänge genutzt (allerdings weniger in deutschsprachigen sondern eher in
englischsprachigen Fachpublikationen).
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2.5.2. Atome
Atome (von griechisch ἄτομος átomos ‚unteilbar‘) sind die Bausteine, aus denen alle festen,
flüssigen oder gasförmigen Stoffe bestehen. Jedes chemische Element besteht aus einer Sorte
fast identischer Atome. Zurzeit sind 118 Elemente bekannt, wovon etwa 90 auf der Erde
natürlich vorkommen-
Die Bestandteile des Atomes sind:
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2.5.3. Elektronen
Das Elektron [ˈeːlɛktrɔn, eˈlɛk-, elɛkˈtroːn] (von altgriechisch ἤλεκτρον élektron ‚Bernstein‘, an
dem Elektrizität zum ersten Mal beobachtet wurde; 1874 von Stoney und Helmholtz geprägt)
ist ein negativ geladenes Elementarteilchen. Sein Symbol ist e−. Die alternative Bezeichnung
Negatron wird kaum noch verwendet und ist allenfalls in der Beta-Spektroskopie
gebräuchlich.
In Atomen und in Ionen bilden Elektronen die Elektronenhülle. Die gesamte Chemie beruht im
Wesentlichen auf den Eigenschaften und Wechselwirkungen dieser gebundenen Elektronen.
Der Zustand jedes der gebundenen Elektronen lässt sich dabei eindeutig durch vier
Quantenzahlen (Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl des
Drehimpulses und Spinquantenzahl) beschreiben (siehe auch Pauli-Prinzip). Die freie
Beweglichkeit einiger der Elektronen in Metallen ist die Ursache für die elektrische
Leitfähigkeit von metallischen Leitern. Unabhängig von der Atomhülle wird beim Beta-MinusZerfall eines Atomkerns ein Elektron neu erzeugt und ausgesandt.
Der experimentelle Nachweis von Elektronen gelang erstmals im Jahre 1897 durch den Briten
Joseph John Thomson.
2.5.4. Protonen
Das Proton [ˈproːtɔn] (Plural Protonen [proˈtoːnən]; von altgriechisch τὸ πρῶτον to prōton
‚das erste‘) ist ein stabiles, elektrisch positiv geladenes Hadron. In Kernreaktionen wird es mit
dem Formelzeichen p notiert. Das Proton gehört neben dem Neutron und dem Elektron zu
den Bausteinen, aus denen die dem Menschen alltäglich vertraute Materie besteht.
2.5.5. Neutronen
Neutral geladene Teilchen im Atomkern. Das Neutron [ˈnɔɪ̯trɔn] (Plural Neutronen
[nɔɪ̯ˈtroːnən]) ist ein elektrisch neutrales Teilchen mit dem Formelzeichen n. Es ist, neben dem
Proton, Bestandteil der meisten Atomkerne und somit aller uns vertrauten Materie. Beide
gehören zu den Hadronen und Nukleonen.
Neutronen existieren auch ohne Einbindung in einen Atomkern. In diesem Zustand werden
sie als freie Neutronen bezeichnet und sind instabil.
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2.6.
Zehn hoch -14 bis zehn hoch -35
2.6.1. Quarks
Quarks sind im Standardmodell der Teilchenphysik die elementaren Bestandteile aus denen
Hadronen (z. B. die Atomkern-Bausteine Protonen und Neutronen) bestehen.
Sie tragen einen Spin von ½ und sind somit Fermionen. Zusammen mit den Leptonen und den
Eichbosonen gelten sie heute als die fundamentalen Bausteine, aus denen alle Materie
aufgebaut ist. So bestehen Baryonen (z. B. das Proton) aus drei Quarks, Mesonen (z. B. das
Pion) jeweils aus einem Quark und einem Antiquark.
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1964 postulierte der Caltech-Physiker Murray Gell-Mann die Existenz der Quarks. Für diese
Schematisierung des hadronischen „Teilchen-Zoos“ mittels der Quarks erhielt er 1969 den
Nobelpreis für Physik. Unabhängig davon entwickelte George Zweig am CERN ein ähnliches
Modell, dessen fundamentale Bausteine er „aces“ nannte. Die Veröffentlichung seiner
Manuskripte scheiterte jedoch am Widerstand seiner Vorgesetzten. Die Klassifikation der
damals bekannten Hadronen mit der speziell-unitären Gruppe SU schlug unabhängig auch
Juval Ne’eman 1962 vor.
Die experimentelle Untersuchung von Quarks durch tief-inelastische Elektron-NukleonStreuung begann Ende der 1960er Jahre. Hinweise auf die Existenz und die Eigenschaften der
Quarks wurden dabei in den Strukturfunktionen gefunden.
Die Tatsache, dass bisher noch keine freien Quarks gemessen werden konnten, stellt eines der
größten ungelösten Probleme der Teilchenphysik dar. Dieses als Confinement bekannte
Phänomen ist eines der Millennium-Probleme (siehe Yang-Mills-Theorie). Es gibt zwar starke
Hinweise darauf, dass die Theorie der starken Wechselwirkung, die Quantenchromodynamik
(QCD), zu einem solchen Einschluss der Quarks führt, ein strenger mathematischer Beweis
steht aber noch aus.
2.6.2. Blankwelt
Hier gibt es keinen Unterschied zwischen Materie und Energie. Sie wurde von Max Blank als
erster ersonnen.
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Quellen



Wikipedia
Space eine Weltraumserie
DVD Reihe Das Universum – Die Entdeckungsreise
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