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KW 44 - Seite 12
ÖH Physik
Die Physik der Superhelden
Superman erklärt die Gravitation
Superman kann seine Fähigkeiten
auf der Erde entwickeln, da er ursprünglich
vom Planeten Krypton
stammt. Hier auf der Erde springt
er ohne Probleme auf hohe Gebäude.
Wir gehen nun der Frage nach,
wie der Planet Krypton beschaffen
sein müsste, damit der „Man of
Steel“ auf unserer Erde solche Superkräfte
entwickeln kann.
Angenommen, Krypton ist gleich
groß wie unsere Erde, dann müsste
er 15 Mal dichter sein, damit Superman
auf der Erde seine Kräfte
entwickeln kann. Wenn Krypton jedoch
dieselbe Dichte wie die Erde
hat, müsste der Planet 15 Mal größer
sein. Wir nehmen an, dass auf
Krypton die gleichen physikalischen
Gesetze gelten wie auf der Erde,
daher ist es sehr unwahrscheinlich,
dass Krypton 15 Mal dichter ist als
die Erde. Auf atomarer Ebene gesehen
besteht Masse aus Atomen,
welche wiederum aus Protonen,
Neutronen und den viel kleineren
und leichteren Elektronen bestehen.
Die Masse eines Atoms wird
hauptsächlich von den Protonen
und Neutronen bestimmt. Die Größe
eines Atoms hingegen wird von
den Elektronen vorgegeben, oder
genauer gesagt, von deren quantenmechanischen
Orbitalen. Wir
nehmen auch an, dass auf Krypton
dieselben quantenmechanischen
Gesetze wie auf der Erde gelten.
Daher ist die Dichte von Festkörpern
immer ungefähr gleich groß.
Die Dichte von Wasser beträgt zum
Beispiel 1g/cm³, und die Dichte von
Blei beträgt 11 g/cm³. Die Dichte
eines Stoffes von Krypton müsste
allerdings 75 g/cm³ betragen, was
äußerst unwahrscheinlich ist.
Also nehmen wir an, die Dichte
von Krypton sei gleich groß wie die
der Erde, was bedeutet, der Planet
müsste 15 mal größer sein als die
Erde. In unserem Sonnensystem
gibt es Planeten in allen Größen.
Von kleinen Planeten wie Merkur
bis zu Jupiter, der nur 10 Mal kleiner
als die Sonne selbst ist. Große
Planeten wie Jupiter sind allerdings
Gasplaneten, denen eine feste
Oberfläche fehlt, was menschliches
Leben nicht ermöglicht. Kryptons
fortgeschrittene Zivilisation könnte
also auf einem Gasplaneten nicht
existieren.
Wieder zurück zur ersten Theorie,
dass Krypton 15 Mal dichter als die
Erde sei. Denn Astronomen haben
exotische Materie entdeckt, welche
eine unglaublich hohe Dichte
aufweisen. Wenn Masse jedoch so
stark komprimiert wird, entsteht
ein Stern. Das bedeutet, Krypton
bräuchte einen Neutronensternenkern.
Neutronensterne sind
die Dichtesten Sterne überhaupt.
Wenn die Erde Neutronensternmaterial
im Kern hätte, würde die
Gravitation auf der Oberfläche dramatisch
steigen. Wenn also Krypton
eine 15 Mal größere Gravitation
als die Erde haben sollte, müsste er
Neutronensternmasse im Kern haben.
Und deshalb ist er auch explodiert,
denn ein solch superdichter
Kern würde extreme Belastungen,
wie zum Beispiel starke Erdbeben
nicht aushalten.
Deshalb setzte Supermans Vater
Jor-El den kleinen Superman in ein
Raumschiff, und schickte ihn gerade
noch rechtzeitig auf einen Planeten
ohne Neutronensternmasse im
Kern, nämlich auf unsere Erde.
Wie ein Blitz – Spezielle Relativität am
Beispiel von Flash
Der Superheld Flash ist schnell wie
der Blitz und muss sich deswegen
auch mit den dadurch entstehenden
physikalischen Phänomenen
auseinandersetzen. Die ersten
Effekte treten auf, wenn er die
Schallgeschwindigkeit (c=343 m/s)
erreicht. Nach dem Überschallknall
bewegt sich Flash schneller als der
Schall. Alles, was er nun sagt, würde
ein Beobachter rückwärts hören.
Die Wörter die Flash zuerst sagt,
müssen nun eine größere Distanz
zurücklegen, bevor diese beim Beobachter
ankommen. Aus der Phrase
„Flash Rules“ würde dann für
einen Beobachter „seluR hsalF“. Außerdem
würde Flash zuerst beim
Beobachter ankommen bevor dies
seine Schallwellen tun, er bewegt
sich also lautlos.
Was passiert aber nun, wenn sich
Flash mit Lichtgeschwindigkeit
(c=299792458 m/s) bewegen würde?
Ab diesem Zeitpunkt werden
die Dinge wirklich verrückt. Einerseits
wäre dies die maximale Geschwindigkeit,
die er jemals erreichen
könnte. Anderseits würde sich
das Licht relativ zu ihm trotzdem mit
immer derselben Geschwindigkeit
bewegen. Würde er sich zum Beispiel
mit halber Lichtgeschwindigkeit
bewegen, bliebe die Geschwindigkeit
des Lichts relativ zu ihm
trotzdem unverändert. Unabhängig
davon, in welchem Bezugssystem
man sich befindet, die Lichtgeschwindigkeit
ist für alle Beobachter
gleich. Informationen werden
immer mit dieser fixen Geschwindigkeit
übertragen. Dies führt zu
folgendem Phänomen: Wenn sich
Flash relativ zu einem Beobachter
mit hoher Geschwindigkeit bewegt,
führt dies dazu, dass die Längen
gekürzt werden und die Zeit langsamer
vergeht. Für beide entstehen
dieselben Effekte, weil es immer
ein Bezugssystem gibt in dem einer
der beiden ruht und der andere sich
bewegt.
Es wäre logisch, anzunehmen,
dass beim Erreichen der Lichtgeschwindigkeit
ähnliche Phänomene
auftreten wie beim Erreichen der
Schallgeschwindigkeit. Flash wäre