http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Stonehenge_back_wide.jpg

stone age calendar

Physik im Wandel der Zeiten

Jaipur, Indien

≈ 1,5min

}

0,5° °

Cs oven

Cs atomic clock

Cool beam:30 Mio years

±1 sec within 3Mio years

http://www.heret.de/radioclock/ptb.htm#K2

http://www.dss-berlin.com/shop/index.php?main_page=product_info&products_id=159

GPS System

http://www.gsm-modem.de/gps/gps-ortung.html

slope to study accelerated motion adjust bells until ringing is with constant pace

Galileis experiments in Pisa

s=gt2/2 v=gt

drop two steel balls from leaning tower

G=constant of gravity

minertia=mgravity=m

e.g. mercury

G=proportionality factor

.. minertiar=GmgravityMr0 /r2

orbits of planets: elliptical

laws of inertia and gravity to explain the orbits of the planets

equivalence principle: there is no way to distinguish between minertia and mgravity

1646 - 1716

Isaac Newton

g

elevator in rest

application of the equvivalence principle: calculation of the deflection of light rays by the gravity of the sun (Cavendish 1784 and independently by von Soldner 1801)

The full value of δ = 1,75" includes also bending of space and was predicted by Einstein in 1915 and measured by Eddington et al. at an eclipse in 1919

Half of this value, namely δ/2 = 2GM/(Dc2) = 0.875 was already predicted by Cavendish in 1784 and indipendently by von Soldner in1801 based on the foregoing considerations, i.e. the equivalence principle

sun diameter: 0.52°=1800“

mercury diameter: 12“ perihelion advance per century: 43“ light deflection by the sun: 1.75"

Doppler effect

radial light beam

light emitter

detector

emitted light wave

observed light wave

blueshift

photon falling downwards gains energy=E=hν

redshift

photon climbing up loses energy=E=hν

other argument:

t1+(1+vD/c)h /c

t0+(1+vD/c)h/c

h

redshift:gh/c2

light source

t1

t0

f=1/{t1-t0+g(t1-t0) h/c2} ≈ f0[1-gh/c2]

t1+(1+ [vD +g{t1-t0}])h /c2

t0+(1+vD/c)h/c

detector

increase of the speed between two subsequent pulses or crests: g · ∆t=g/f0

light which escapes from a gravitational field is redshiftet clocks are slowed down by gravitation

subsequent wave crests or pulses at t0, t1….

t1

t0

∆t=t1-t0, f0=1/ ∆t

light source

h

detector

same constant speed of source and detector

acceleration,g, of source and detector

observer in free space

in a gravitational field, which can be replaced by an accelerated system away from it and towards a reference clock the time runs slower. In a black hole the time stands still

earth

g

Lorentzian lineshape

Fe57 source, Eγ =14,4 keV, ∆Eγ=4.6keV, ∆Eγ/ Eγ =3•10-13

Expected relative shift: 4.92•10-15

hight of tower: ≈ 30 m

redshift of γ-ray observed by Pound et al. at Harvard in 1960 using Moessbauer spectroscopy

for visible light with ν˜ ≈ 20000 cm-1 : Dν˜ ≈ 0.04 cm-1 not observable because of pressure broadening

redshift at the surface of the sun: ˜ ˜ Dn/n =0.21•10-5 Dn/n=

gravitational redshift

now with GPS confirmed within a few %

redshift due to Hubble expansion

analysis:

the only accelerated part (always to the left) is the slowdown and speeding up to the left

the nonaccelerated parts of the flight are symmetrial with respect to the star and the rocket

acceleration and deceleration at starting and landing cancel each other

The twin paradox: the astronaut on the space ship ages less then the other

no net time shift

Beobachtung: Materie sowie auch Licht und Elektronen ist quantisiert und trotzdem nichtlokal Das entspricht zwar nicht der Anschauung und Erfahrung ist aber trotzdem kein Widerspruch denn die Natur funktioniert ja so. Durch die Nichtlokalität „sieht“ das Teilchen beide Spalte und interferiert mit sich selbst (s.auch Feynman‘s Interprätation)

V

γ

E H

Aber: ein wirklicher Unterschied ergibt sich erst durch Kausalität

Quantenmech. Deutung: Teilchen, Polarisation wird erst durch die Messung festgelegt

Klassische Deutung: Welle, Komponente von E in Richtung von H wird durchgelassen

Beobachtung: das Photon das durchkommt hat die Polarisation des Analysators

Wahrscheinlichkeit für das Passieren eines Photons: p(γ)=cos2(γ)

n_(α,β)= n0 [1-cos2(α−β)]= n0 sin 2(α−β)

n(α,β)=n0cos2(α−β)

Quantentheorie:

Einstein akzeptierte dieses Ergebnis, wollte aber nicht glauben, dass die Polarisationen erst durch die Messung bei P1 festgelegt werden

wenn das erste Photon bei P1 durchgelassen wird hat es die Polarisation α. Damit liegt auch die Polarisation des zweiten Photons fest und es wird bei P2 mit der Wahrscheinlichkeit cos2(α− β) durchgelassen. Da es nur zwei Möglichkeiten gibt ist die Wahrscheinlichkeit, dass es nicht durchgelassen wird 1- cos2(α−β)

Angenommen es entstehen 2 Photonen durch den Zerfall eines Teilchens mit Drehimpuls 0. Dann haben die Photonen gleiche Polarisation und sind quantenmechanisch verschränkt

angen, die Eigenschaften + und – werden erst durch die Messung festgelegt, Dann muesste das Ergebnis schneller als mit Lichtgeschwindigkeit übermittelt werden, im Widerspruch zur allgemeinen Relativitätstheorie

β+, γ+ , α−, β− β−, γ− γ−

alternativ glaubte Einstein: ob ein Photon z.B. bei Stellung α des Analysators durchkommt oder nicht liegt vorher schon fest und wird geregelt durch verborgene Parameter: in dem gezeigten Beispiel gäbe es einen Hut voll Karten mit Angabe des Winkels α, β, γ und „Durchlass“ oder nicht, also den Parametern α+, b=n(β)

Hierbei repräsentiert die rote Fläche von α+β+ die Häufigkeit mit der in dem in der Abbildung gezeigten Fall ein Elektron bei P1 und eins bei P2 durchkommt. Die rote Fläche von α+γ− α+γ− entspricht dem Durchgang eines Photons durch einen der beiden Polarisatoren und Blockade am anderen.

Bellsche Ungleichung

≤

+

Sx Sy Sz

wir setzen ein:

-> Bellsche Ungl verletzt

Also ist die Annahme, dass die Polarisation schon vorher festliegt, nicht mit der Quantentheorie verträglich

3/4 ≤1/4+1/4

und speziell für α=0°, β=30°, γ=60° ergibt dies

n0cos2(α−β) ≤ n0cos2(α−γ) + n0 sin 2(β β−γ )

n(a,b)≤ n(a,g)+ n(b,-g)

n_(α,β)=n0 sin 2(α−β)

n(α,β)=n0cos2(α−β)

Quantentheorie:

Benjamin Franklin around 1750

lightning rod

1753: G.W. Richmann, physics professor in St.Petersburg striken bei lightning

laboratory for the investigation of the electric properties of lightnings

d

B0 M

d

B0 M

T=time inversion

P=parity

vines on trees in the jungle of Nepal display chirality An object or a system is called chiral if it differs from its mirror image, and its mirror image cannot be superposed on the original object

Hurricane Katrina New Orleans 2005

http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_154_catalina.html

Hurricane Catarina Brazil 2004

Northern hemisphere ?

RANDOM

Southern hemisphere ?

…and in the bath tub ?

http://www.dss-berlin.com/shop/index.php?main_page=product_info&products_id=159

reason: earth‘s rotation Coriolis force

Chiralty in the atmosphere

http://www.euromech484.nl/Ruysdael.htm

Nijmegen 18-4-2008

example: chirality and the stability of wood

The Mill at Wijk bij Duurstede Jacob van Ruisdael (1670)

Chirality behind the Dykes

http://www.cultuurexcursies.nl/35/?s35p81

2007：Year of the Windmills

Experience: counter-clock rotation increases lifetime of axle !

http://www.greetsiel.de/index.php3?nav=1&inhalt=130&link_id1=45&link_id2=96

Archemedian In tradional windmills the wings screw are connected to a wooden axle

http://www.cultuurexcursies.nl/35/?s35p81

Modern windmills rotate clock-wise !

Traditional windmills rotate counter-clockwise

In situ wide-angle X-ray scattering (WAXS) on individual wood cells

The tilt angle of the cellulose fibrils versus the longitudinal cell axis, usually called microfibril angle (MFA), predetermines the mechanical behaviour and strength of the tissue!!

J. Keckes et al., Nature Materials 2, 811 (2003).

Transfer of chiral information !

Wood cell

Cellulose fibrils

Lignin matrix