Lexikon

Realisierung der Zeit(koordinate), die Zeitintervalle mit Bezug auf eine ideale Uhr auf der Erdoberfläche (genauer: auf dem Geoid) definiert, mit Hilfe von über 200 über den ganzen Globus verteilten Atomuhren. Koordiniert wird die TAI vom BIPM (Bureau International des Poids et Mesures; auf ihr basiert auch die Weltzeit UTC (Coordinated Universal Time). Weitere Informationen bietet das Vertiefungsthema Wie Zeit gemacht wird.

Die wichtigste experimentelle Methode der Elementarteilchenphysik besteht darin, elektrisch geladene Teilchen mit Hilfe elektrischer Kräfte zu beschleunigen, miteinander kollidieren zu lassen und aus dem Ergebnis der Kollision Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Teilchen und ihrer Wechselwirkungen zu ziehen.

Um das Verhalten von Teilchen im Beschleuniger zu berechnen und solche gewaltigen Maschinen zu planen, ist die aus der Speziellen Relativitätstheorie abgeleitete relativistische Mechanik unabdingbar. Im Zusammenhang mit der Allgmeinen Relativitätstheorie, genauer: in einigen auf den Ideen der Stringtheorie basierenden Modellen, besteht die Möglichkeit, dass in Teilchenbeschleunigern wie dem LHC winzige Schwarze Löcher erzeugt werden könnten (weitere Informationen bietet das Vertiefungsthema Schwarze Löcher in Teilchenbeschleunigern?).

Siehe Elementarteilchenphysik

In Systemen mit vielen Teilchen, seien es Festkörper, Flüssigkeiten oder Gase, befinden sich die Bestandteile immer in ungeordneter Bewegung gegeneinander – sei es, dass die Atome eines Kristalls ein wenig schwingen oder die Gasmoleküle wild durcheinanderlaufen und miteinander zusammenstoßen. Die mittlere Energie, die auf jede Bewegungsmöglichkeit entfällt, ist dabei dieselbe, und diese mittlere Energie wird als Temperatur bezeichnet. Je höher die mittlere Energie, desto höher die Temperatur – ein heißer Festkörper ist beispielsweise einer, in dem die Atome wesentlich heftiger schwingen als in einem kalten.

Auch bestimmten Gemischen elektromagnetischer Strahlung lässt sich eine Temperatur zuweisen (Strahlungstemperatur), der Wärmestrahlung nämlich, deren Eigenschaften nur durch einen einzigen Parameter bestimmt werden, eben die Temperatur.

In der Physik (und im internationalen Einheitensystem SI) wird die Temperatur in Kelvin gemessen, im Alltag in Celsius oder, etwa in den USA, in Fahrenheit .

Siehe TAI (Internationale Atomzeit)

Siehe Elektronenvolt.

Im Zusammenhang mit der Gravitation: Körper, dessen Masse so gering ist, dass man ihn verwenden kann, um das Gravitationsfeld anderer Körper auszuloten, ohne, dass sein eigenes Gravitationsfeld die Situation dabei merklich verändern oder stören würde.

Analog dazu beispielsweise für den Elektromagnetismus: Kleiner, geladener Körper mit so geringer Ladung, dass man ihn verwenden kann, die elektromagnetischen Einflüsse anderer Körper zu erkunden, ohne dass seine Anwesenheit die Situation merklich verändern oder stören würde.

Siehe Elektronenvolt.

Siehe Wärmestrahlung.

Siehe Gleichgewicht, thermodynamisches.

Eine Definition von Masse ist als Maß dafür, wie sehr sich Körper Bewegungsänderungen widersetzen (so ist beispielsweise ein Spielzeugauto durch äußere Einflüsse deutlich leichter in schnelle Bewegung zu versetzen als Lastwagen) – ein Maß für die Trägheit von Körpern. Wo es darauf ankommt, dass diese Massendefinition gemeint ist, aber z.B. nicht die der Masse als Gravitationsladung („schwere Masse“), spechen die Physiker explizit von „träger Masse“.

Weitere Informationen bietet das Vertiefungsthema Träge und schwere Masse.

Im Rahmen der relativistischen Quantenfeldtheorien wirken Kräfte durch die Übertragung so genannter Trägerteilchen. Die elektrische Kraft zwischen zwei Elektronen beispielsweise kommt zustande, weil zwischen den Elektronen laufend Photonen hin- und herlaufen, die Trägerteilchen der elektromagnetischen Kraft. Trägerteilchen haben ganzzahligen Spin, etwa Spin 0,1 oder 2. Synonym: Kraftteilchen, Botenteilchen.

Siehe träge Masse.

Grundgesetz der Mechanik, gilt in der klassischen Mechanik ebenso wie in der Speziellen Relativitätstheorie: Körper, auf die keine äußeren Kräfte wirken, bewegen sich mit konstanter Geschwindigkeit auf geraden Bahnen. In der geometrischen Sprache der Speziellen Relativitätstheorie lässt sich das umformulieren zu: Körper, auf die keine äußeren Kräfte wirken, bewegen sich auf Raumzeitgeraden.

Strenggenommen gilt dieses Gesetz nur in bestimmten Bezugssystemen. Man kann es daher etwas allgemeiner formulieren als: Es ist immer möglich, ein Bezugssystem zu finden, in dem sich Körper, auf die keine äußeren Kräfte wirken, mit konstanter Geschwindigkeit auf geraden Bahnen bewegen. Solche Bezugssysteme heißen Inertialsysteme.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie gilt das Trägheitsgesetz in leicht abgewandelter Form. Körper, auf die keine äußeren Kräfte wirken, bewegen sich dort im allgemeinen nicht mehr auf Raumzeitgeraden, aber auf den geradestmöglichen Raumzeitlinien, so genannten Geodäten.

Tritium ist die Bezeichnung für „überschweren Wasserstoff“, nämlich für Wasserstoff, bei dem die Atomkerne zusätzlich zu dem für Wasserstoff charakteristischen einzelnen Proton noch zwei Neutron enthalten.

Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist Tritium vor allem von Interesse, da es bei der Entstehung der leichten Elemente im frühen Universum (primordiale Nukleosynthese) eine wichtige Rolle spielt.

Ein Phänomen aus der Quantentheorie, das man sich wie folgt veranschaulichen kann. Man stelle sich einen Ball vor, der auf einen Hügel zurollt:

Solange wir Quanteneffekte außen vor lassen (mit anderen Worten, in der klassischen Physik), hängt allein von der Energie des Balles ab, was passiert: Wenn sich der Ball schnell genug bewegt (mit anderen Worten, genügend viel Energie besitzt) wird er den Hügel hochrollen, am Gipfel B vorbei und auf der anderen Seite nach unten. Hat der Ball zu wenig Energie, wird er nicht den Gipfel erreichen, sondern lediglich eine bestimmte Maximalhöhe; anschliessend wird er zurückrollen in die Richtung, aus der er kam.

Geht es nicht um einen Ball, sondern um ein Quantenteilchen, gibt es noch eine weitere Möglichkeit. Selbst ein Teilchen, das nur genügend Energie besitzt, um zur Höhe A zu gelangen, aber nicht, um zum Gipfel B zu kommen, kann auf der rechten Seite des Hügels am Punkt C auftauchen und von dort weiterrollen. Solch ein Übergang heißt tunneln – es ist, als hätte das Teilchen einen geheimen Tunnel durchlaufen, um direkt von A nach C zu gelangen, ohne über die verbotene Gipfelregion B reisen zu müssen.

Allgemeiner haben wir es immer dann mit dem Tunneleffekt zu tun, wenn ein Quantensystem von einem Zustand A in einen Zustand C übergehen kann, das analogische klassische System dies allerdings nicht könnte, weil dabei ein unzugänglicher Zwischenzustand B durchlaufen werden müsste.