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Letzte Änderung: 15.06.2003
Einführung: Materie
Ende des 19. Jahrhunderts ging man davon aus, daß die grundlegenden Bausteine der Materie die Atome sind; aus diesen wiederum setzen sich die Moleküle zusammen, aus denen der größte Teil der uns umgebenden Welt besteht. Die Atome bestehen aus dem Kern, der den Hauptteil der Masse und positive Ladung besitzt, und der Elektronenhülle, in der negativ geladene Teilchen sehr geringer Masse, eben die Elektronen, herumwuseln. Der Kern wiederum setzt sich aus den elektrisch neutralen Neutronen und den ebenso schweren, aber positiv geladenen Protonen zusammen. Beide Teilchenarten gemeinsam nennt man Nukleonen, Kernbauteilchen.Für unsere Alltagserfahrung ist diese Anschauung völlig ausreichend. Sie ist die Grundlage der Chemie und Biologie - es genügt, auf diesem Level den Aufbau der Elemente zu kennen, um ihr Verhalten in Molekülen erklären zu können. Nur für die Physiker stellte sich die Frage, ob denn die Protonen und Neutronen wirklich die kleinsten Bausteine der (Kern-)Materie sind und ob die Kerne unveränderlich seien. Heute ist das Wissen um den Elementarteilchen-Zoo, die Kernspaltung und -Fusion Allgemeingut. Wir werden bei gegebenen Anlässen näher darauf eingehen. Im Folgenden sollen erst ein paar Begriffe erläutert werden.
Materie kommt im Wesentlichen in vier Aggregatzuständen vor, von denen drei uns aus dem Alltag geläufig sind: Fest ist der Zucker, den viele Menschen in ihrem flüssigen Kaffee auflösen; die Luft, die sie beim Kaffeetrinken einatmen ist gasförmig. Der vierte Zustand ist der superfluide, der hier aber überflüssig ist.
Ein Atom, dem man ausreichend Energie zur Verfügung stellt (zum Beispiel durch Erhitzung), kann ein oder mehrere Elektronen aus seiner Hülle verlieren; die Kernladung wird durch die Elektronen in der Hülle nicht mehr ausgeglichen, so daß der Atomrumpf eine (positive) Ladung trägt. Man spricht dann von einem Ion. Die Chemiker drücken dies aus mit einer Gleichung wie im Falle des Wasserstoffatoms:
H ----> H+ + e- |
In der Regel kann gesagt werden, daß die Energie, die zur Freisetzung von Elektronen aus dem Atom nötig ist, umso größer wird, je mehr Elektronen schon verloren gegangen sind.
Übrigens drücken Physiker die Ionisationsstufen eines Atoms etwas anders aus als die Chemiker: Neutraler (also nicht ionisierter) Wasserstoff heißt bei Ihnen nicht H, sondern H I - während der ionisierte Wasserstoff als H II (statt H+) bezeichnet wird - daher die Bezeichnung H II-Region, die wir später kennenlernen werden.
Eine weitere wichtige Erscheinungsform der Materie ist das Plasma; dies ist ein sehr heißes Gas, in dem die Atome ganz oder größtenteils ihre Elektronen verloren haben - also "Ionen extrem". In einem Plasma liegt eine turbulente Mischung aus Elektronen und Atomrümpfen vor. Wir werden im Weltall auf viele Plasmen stoßen.
Wenn Ionen schon ein Begriff sind, der in der SciFi häufig gebraucht wird, gilt das in noch stärkerem Maße für die Antimaterie. Auch dahinter verbirgt sich eine physikalische Realität. Es gibt Elementarteilchen, die sich in manchen Eigenschaften von den gewohnten unterscheiden, in anderen wiederum nicht. Ein Teilchen von z.B. Masse eines Protons, aber mit umgekehrter Ladung (also negativ) und umgekehrtem magnetischen Impuls nennt man ein Antiproton. Genauso gibt es Antiteilchen zu allen anderen bekannten Elementarteilchen. Kombiniert man jetzt ein Anti-Elektron (anderer Name: Positron) mit einem Antiproton, so erhält man ein Atom Anti-Wasserstoff.
Dies soll vorerst genügen. Die Eigenschaften der Materie im Kosmos werden wir zu gegebener Zeit kennenlernen.
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