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Umschlagtext
Alle Wunder des Lichts münden im Meisterwerk von Serge Haroche zu einem Panorama, das von den Quantenwelten bis zum Universum alle Dimensionen umfasst. Erzählerisch souverän verbindet der Physiknobelpreisträger die Mythen- und Kulturgeschichte des Lichts mit seiner Erforschung vom Beginn der Menschheit bis heute.
Nur wenige Eigenschaften des Lichts waren vor 150 Jahren bekannt. Weder der Laserstrahl noch der Quantenimpuls, weder die elektromagnetischen Wellen noch die Radiowellen. Ohne diese physikalischen Erscheinungen wäre das moderne Leben undenkbar: GPS, Flugzeug- und Medizintechnik, Satelliten- und Lasertechnik, die Zeit- und Entfernungsmessung mit Atomuhren, die Weltraumforschung bis zum Smartphone beruhen auf Phänomenen des Lichts. Serge Haroche erzählt die Geschichte des Lichts seit der Antike, über Galileo bis zu Einstein und macht mit den Gesetzen des sichtbaren Lichts vertraut. Mitreißend beschreibt er, wie Bohr, Schrödinger, Heisenberg, Dirac und Pauli die moderne Physik revolutionierten. Ohne Licht keine Energie, keine Teilchen, keine Materie, keine Wellen kein Weltall, keine Sterne, kein Leben: Konkurrenzlos gelingt es Serge Haroche zu vermitteln, wie notwendig und selbstverständlich uns das Licht erscheint, ohne dass es seine Geheimnisse vollständig preisgibt. Serge Haroche, geb. am 11. September 1944 in Casablanca, erhielt 2012 den Nobelpreis für Physik für die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie und ist Mitglied der französischen Akademie der Wissenschaften. Der Experimentalphysiker unterrichtet am Collège de France in Paris, wo er am Laboratoire Kastler Brossel Grundlagenforschung der Quantenphysik betreibt. Rezension
Das Licht erhellt und fasziniert die Menschheit seit Anbeginn der Zeit. Doch erst in den vergangenen vier Jahrhunderten ist sie den Geheimnissen des Lichts allmählich auf die Spur gekommen. Der Pariser Quantenphysiker Serge Haroche beschreibt in diesem zuerst 2020 auf Französisch erschienenen Buch die Geschichte des Lichts seit der Antike, über Galilei und Newton, Christiaan Huygens, Thomas Young, Augustin Fresnel, Michael Faraday und vielen anderen und macht mit den Gesetzen des sichtbaren Lichts vertraut. Höhepunkte dieser Geschichte sind Albert Einsteins Arbeiten zur Lichtquantenhypothese und zur Speziellen Relativitätstheorie. Nur ein gutes Jahrhundert ist seit der Entdeckung der Mikrowellen vergangen – inzwischen sind diese nahen Verwandten des sichtbaren Lichts aus Kommunikations- und Navigationsgeräten und der medizinischen Radiologie nicht mehr wegzudenken. Knapp sechzig Jahre ist es her, dass das sichtbare Licht gezähmt und der Laser erfunden wurde. Der Physiknobelpreisträger von 2012 erläutert die Mythen- und Kulturgeschichte des Lichts mit seiner Erforschung vom Beginn der Menschheit bis heute. Er legr dar, was wir inzwischen über das Licht wissen und wie wir dieses Wissen in Erfahrung gebracht haben, und beschreibt auch das, was uns noch unbekannt ist und für zukünftige Generationen zu entdecken bleibt.
Jens Walter, lehrerbibliothek.de Inhaltsverzeichnis
Vorwort 13
Kapitel I DER BEGINN EINER BERUFUNG 19 Frühe Begeisterung für Mathematik und Astronomie 21 Hinwendung zur modernen Physik 30 Shut up and calculate! 38 Wenn Atome und Photonen kreiseln: optisches Pumpen 40 Die Welt, ein »reich und seltnes Gut« 50 Lernen in Vertrauen und Freiheit 60 Die Versprechen des Lasers 62 Anfänge in der Forschung 66 Erste Amerikareise und wiedererwachte Weltraumbegeisterung 69 Die »Blue-Sky-Forschung« 72 Kapitel II GEDANKEN AUS DEM KLEINEN PARK VOR DEM OBSERVATOIRE 75 Zwei Instrumente am Anfang einer wissenschaftlichen Revolution: Fernrohr und Pendeluhr 77 Das Universum mit Lichtgeschwindigkeit vermessen 82 Die Wissenschaft des Lichts wird quantitativ: Descartes und La Dioptrique 86 Die Natur nimmt immer den kürzesten und einfachsten Weg: das Fermatsche Prinzip 90 Huygens und die Wellentheorie des Lichts 94 Newton, die Lichtpartikel und die Farbe 102 Die Vermessung der Erde 108 Wissenschaftliche Detailversessenheit 118 Grundlagenforschung, Wirtschaft, Macht und Technologie 121 Kapitel III BETRACHTUNGEN IM FARADAYSCHEN LABOR 125 Young gegen Newton 128 Das Licht polarisiert sich 133 Fresnel und der Triumph der Wellen 134 Vektoren addieren sich, Wellen interferieren 137 Kreisende Schwingung: die zirkulare Polarisation 141 Von der Mathematik beleuchtetes Licht 145 Zurück zur Lichtgeschwindigkeit 149 Von den Salons der Aufklärung zu Faradays Labor 157 Die Entstehung des Feldkonzepts 165 Das Zusammenfließen von Licht, Elektrizität und Magnetismus 168 Manche Rätsel werden gelöst, manche bleiben 173 Kapitel IV LORD KELVINS WOLKEN 181 Michelson und das Rätsel des Äthers 185 Einstein betritt die Bühne: Gedankenexperimente 188 Relativistischer Perspektivenwechsel 197 Raum und Zeit vermischen sich 200 Masse und Energie werden eins: E = mc2 205 Einsteins »glücklichste Idee« stammt von Galilei 213 Schwerkraft und Raumzeitkrümmung 219 Vorhersagen und Nachhersagen 225 Kapitel V LICHT ERHELLT DIE SELTSAME QUANTENWELT 233 Die Ultraviolett-Katastrophe 236 Das Licht zwischen Wellen und Teilchen 238 Die Quanten weiten sich auf die Materie aus 241 Vom Herdentrieb der Photonen und von ihnen nacheifernden Atomen 247 Der Vorhang lüftet sich: Materiewellen 250 Wellenfunktion, Quantenzustände und Überlagerungsprinzip 253 Die Teilchenfamilie wächst 256 Eine fundamentale Identität 260 Die Büchse der Pandora und die Quantenphysik 263 Vom Klassischen zum Quantischen: ein Dialog über die Jahrhunderte hinweg zwischen Fermat, Maupertuis und Feynman 265 Eine Reise durch die Dimensionen 269 Quantenverhalten: individuelle Objekte oder statistische Mengen? 272 Der Youngsche Doppelspalt neu interpretiert 274 Maß, Komplementarität und Unschärferelation 277 Auseinandersetzungen über Gedankenexperimente 283 Die Quantenverschränkung 290 Schrödingers Katze und die Grenze zwischen klassischer Welt und Quantenwelt 297 Kapitel VI LASER, PHOTONEN UND RIESENATOME 303 Ein mit Photonen »bekleidetes« Atom 304 Kalifornische Laserschulung 310 Sieg über den Dopplereffekt 317 Quantenschwebungen 322 Kalifornische Anekdoten 326 Die erste große internationale Konferenz 329 Die unbekannte Welt der Riesenatome 331 Die Entstehung der Hohlraum-Quantenelektrodynamik 339 Lehre und Forschung auf beiden Seiten des Atlantiks 343 Ein revolutionäres Verfahren: die Laserkühlung 348 Ionenfallen und Quantensprünge 355 Kapitel VII SCHRÖDINGERS KATZE ZÄHMEN 363 Die Photonenfalle 366 Das kreisförmige Atom 369 Quanten-Pingpong 374 Quantenknoten 377 Wie kann man Photonen sehen, ohne sie zu zerstören? 379 Leben und Tod eines Photons 382 Zurück zum Youngschen Experiment mit beweglichem Spalt 388 Lichtquanten zählen, Quantensprünge sehen 391 Radiographie des Quantenfelds 401 Schrödingers Lichtkatzen 407 Am Übergang vom Klassischen zum Quantischen 417 Quantencomputer: Utopie oder zukünftige Realität? 424 Feynmans Traum: Die Quantensimulation 429 Spukhafte Fernwirkung und geheime Kommunikation 431 Quantenmetrologie und Lichtuhren 433 ANHANG Nachwort – Wissenschaft und Wahrheit 443 Dank 449 Bibliographie 451 Personenregister 455 |