Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

 Jahresübersicht 2009

Die schönsten Träume von Freiheit werden im Kerker geträumt.
(Friedrich Schiller)

27. Juli 2024

Der Generalsekretär der Schwedischen Akademie der Wissenschaften, Gunnar Öquist, tat sich in diesem Jahr leichter als sonst, als er die Preisträger des Physiknobelpreises verkündete. Diesmal ging es nicht um Elementarteilchen, deren Bedeutung nur eine Handvoll von Quantenphysikern versteht. Die diesjährigen Preisträger Charles Kao, George Smith und Willard Boyle wurden für die Erfindung der Lichtleitertechnik und der CCD-Chips ausgezeichnet, Dinge, von denen physikalisch-technische Normalbürger zumindest schon gehört haben.

Wenn Licht von Luft in Glas gelangt, wird es geknickt. Dieses Phänomen nennt man Brechung. Die Stärke der Brechung hängt vom Material ab. Befindet sich das Licht einmal im Glas, kann es nur noch in einem steilen Winkel austreten, bei flachen Winkeln wird es wie ein Schwarm Billardkugeln nach innen reflektiert. Diese Eigenschaft wird bei Lichtleitern ausgenützt. Ein einmal gefangener Lichtstrahl wird im Inneren weitergeleitet, wobei ein minimaler Radius des Lichtleiters beim Verbiegen nicht unterschritten werden darf. Digitale Signale, wie sie heutzutage bei den meisten Datenübertragungen verwendet werden, werden in einem Lichtleiter per Lichtimpuls übertragen. Bei dieser Übertragung wird das elektrische Signal im Ausgabegerät in ein optisches Signal umgewandelt und dann später beim Empfänger wieder zurück gewandelt. Der Vorteil liegt darin, dass Lichtimpulse sich weitaus robuster gegenüber Störungen von außen verhalten als elektrische Signale in Metallkabeln. Der diesjährige Physiknobelpreis zeigt zudem, welches Ansehen Naturwissenschaftler in Asien haben. Bereits 1999 kürte die Zeitschrift „Asiaweek“ die fünf wichtigsten Asiaten des 20. Jahrhunderts. Das sind Chinas Staatschef Deng Xiaoping, Sony-Chef Akio Morita, der Filmemacher Akira Kurosawa, Indiens großer Politiker Mahatma Gandhi und der Erfinder der Glasfasertechnik Charles Kao.

George Smith und Willard Boyle sollten 1969, in dem Jahr, in dem die ersten Mondlandungen stattfanden und das Internet in Betrieb ging, einen neuartigen Datenspeicher entwickeln. Dabei gelang ihnen die Erfindung eines elektronischen Bildsensors, wobei sie die Theorie des photoelektrischen Effekts von Albert Einstein technisch umgesetzt hatten. Der neuartige Chip hatte eine Oberfläche aus mikroskopisch kleinen metallischen Feldern, die man heute „Pixel“ nennt. Das Licht schlägt Elektronen aus den Pixeln, was mit Hilfe der Halbleitertechnik registriert wird. Diese CCD-Technik („Charge Coupled Device“) wird seit den Siebzigerjahren in TV-Kameras, seit den Achtzigerjahren in Satelliten und heute in allen Digitalkameras angewendet.

LEDs

Helden der Wissenschaft:
Max Planck
(1858-1947) entdeckte den Quantensprung, das Allerkleinste, was die Natur an Energie zu bieten hat. In der Folge versuchte er mehrfach, seine eigene bahnbrechende Theorie zu widerlegen, was ihm nicht gelang.