Unterricht

1. 1

   Einstiegs-Wette

   5 Min.

   Blitze schlagen in Anfang und Ende eines fahrenden Zuges ein. Vom Bahndamm aus geschehen beide Einschläge gleichzeitig. Eine Reisende sitzt genau in der Zugmitte. Was sieht sie?

   • ABeide Blitze im selben Augenblick.
   • BZuerst den Blitz vom Zuganfang.
   • CZuerst den Blitz vom Zugende.

   Lösung für die Lehrkraft

   Richtige Antwort: B

   Sie bewegt sich auf das Licht vom Zuganfang zu und vom Licht des Zugendes weg, und das Licht erreicht sie von beiden Seiten mit derselben Geschwindigkeit c. Also kommt der vordere Blitz zuerst an. Weil sie in der Mitte sitzt, schließt sie daraus: Er muss auch zuerst eingeschlagen haben. Für sie sind die Einschläge nicht gleichzeitig.

2. 2

   Forschungsauftrag

   20 Min.

   Am eigenen Gerät, allein oder zu zweit. Dieselben Fragen stehen auf dem Arbeitsblatt.

   Experiment öffnen: Zug und Blitz Die LichtuhrDeine eigene Zwillingsreise

   1. Stelle die Geschwindigkeit auf 0 % c und drücke Start: Wann sieht M′ in der Zugmitte die beiden Blitze? Dann 50 % c einstellen und vergleichen.

      Antwort

      Bei 0 % c kommen beide Blitze im selben Augenblick an (nach 500 ns). Bei 50 % c sieht M′ den vorderen Blitz B nach rund 334 ns und den hinteren Blitz A erst nach rund 1.001 ns.

   2. Wechsle zu „Sicht aus dem Zug“ und lies den Abstand der beiden Einschläge bei 40 % c ab, dann bei 80 % c. Ist der Abstand doppelt so groß, kleiner oder größer?

      Antwort

      Bei 40 % c etwa 437 ns, bei 80 % c etwa 1.334 ns: gut dreimal so groß, nicht nur doppelt. Der Abstand wächst wegen des Faktors γ schneller als die Geschwindigkeit.

   3. Öffne die Lichtuhr und stelle 99,9 % c ein. Wie viele Jahre vergehen auf der Erde für jedes Jahr an Bord?

      Antwort

      Rund 22,4 Jahre (γ = 22,4). Bei 50 % c sind es nur 1,15 Jahre.

3. 3

   Sicherung

   15 Min.

   Gemeinsam an der Tafel. Kernaussagen:

   • Die Lichtgeschwindigkeit ist für jeden Beobachter gleich. Experimente wie das von Michelson und Morley stützen das; es ist der Ausgangspunkt der Theorie.
   • „Gleichzeitig“ ist nicht absolut: Zwei Ereignisse an verschiedenen Orten können für einen Beobachter gleichzeitig sein und für einen anderen nicht. Was wir sehen, ist nicht, was wir messen, denn die Laufzeit des Lichts muss herausgerechnet werden.
   • Eine bewegte Uhr tickt um den Faktor γ = 1/√(1 − v²/c²) langsamer. Im Alltag ist γ − 1 winzig (bei 100 km/h etwa 4 · 10⁻¹⁵), bei 99,9 % von c beträgt γ 22,4.
   • Die Zeitdilatation ist vielfach gemessen: schnelle Myonen aus der Hochatmosphäre, Atomuhren in Flugzeugen (Hafele und Keating, 1971), Uhren in Satelliten. Die Relativität der Gleichzeitigkeit gehört zur selben Theorie und steckt in allen diesen Rechnungen.

   Für Neugierige: die Rechnung

   Lichtuhr: Ein Lichtpuls läuft zwischen zwei Spiegeln im Abstand d hin und her. In Ruhe dauert ein Takt Δt₀ = 2d/c. Bewegt sich die Uhr seitwärts mit der Geschwindigkeit v, läuft der Puls auf einem schrägen Weg. In der Zeit Δt eines Taktes legt er c·Δt zurück, während die Uhr v·Δt vorankommt. Pythagoras für eine Teilstrecke: (c·Δt/2)² = d² + (v·Δt/2)². Mit d = c·Δt₀/2 folgt Δt = Δt₀ / √(1 − v²/c²) = γ·Δt₀.

4. 4

   Transfer

   5 Min.

   Eine Frage zum Schluss oder als Hausaufgabe.

   Du fliegst mit 99,9 % der Lichtgeschwindigkeit nach Sirius (8,6 Lichtjahre entfernt) und zurück. Wie lange dauert die Reise für deine Zwillingsschwester auf der Erde, wie lange für dich? (Nutze das Experiment zur Zwillingsreise.)

   Antwort

   Rund 17,2 Jahre auf der Erde und rund 0,77 Jahre (etwa 9 Monate) an Bord. Vereinfacht: sofortige Umkehr, Beschleunigung weggelassen.

Zum WeiterdenkenLernreise: Reise 1: Was heißt eigentlich gleichzeitig?Das Berner Patentamt

1. 1

   Einstiegs-Wette

   5 Min.

   Du bist in einer Kabine ohne Fenster. Steht sie auf der Erde, oder drückt eine Rakete sie im leeren Raum mit genau 9,81 m/s² nach oben? Welche Aussage stimmt?

   • AEin Fallversuch mit einem Ball in der Kabine zeigt, welche Lage es ist.
   • BKein Versuch in einer kleinen Kabine kann die beiden Lagen unterscheiden.
   • CNur ein Lichtstrahl könnte die beiden Lagen unterscheiden.

   Lösung für die Lehrkraft

   Richtige Antwort: B

   In beiden Lagen erreicht ein losgelassener Ball den Boden mit 9,81 m/s², und auch Licht verhält sich gleich. Das war Einsteins Einfall von 1907: Örtlich lassen sich Schwerkraft und Beschleunigung nicht unterscheiden. (Eine sehr große Kabine würde Gezeitenunterschiede zeigen, deshalb gilt die Aussage für kleine Kabinen.)

2. 2

   Forschungsauftrag

   20 Min.

   Am eigenen Gerät, allein oder zu zweit. Dieselben Fragen stehen auf dem Arbeitsblatt.

   Experiment öffnen: Zwei Kabinen, ein Ergebnis Die Delle im TuchSterne am Rand der Sonne

   1. Drücke „Ball loslassen“. Was passiert in Kabine A (auf der Erde) und in Kabine B (Rakete)? Vergleiche die beiden Beschleunigungen.

      Antwort

      In beiden Kabinen fällt der Ball mit 9,81 m/s² zum Boden. Von innen gibt es keinen Unterschied.

   2. Schalte das Licht ein. Was macht der Strahl in den beiden Kabinen? Warum steht an der Zeichnung „übertrieben“?

      Antwort

      In beiden Kabinen biegt sich der Strahl gleich stark nach unten. In einer 2 m breiten Kabine sinkt er bei 1 g in Wirklichkeit nur um etwa 2 · 10⁻¹⁶ m, weil das Licht für die Strecke nur rund 7 ns braucht. Die Zeichnung übertreibt.

   3. Drücke „Fenster öffnen“. Welche Kabine steht auf der Erde, welche wird im All beschleunigt? Hättest du es von innen herausfinden können?

      Antwort

      Kabine A steht auf der Erde, Kabine B wird von einer Rakete im leeren Raum mit 1 g beschleunigt. Bei geschlossenen Fenstern verrät in einer kleinen Kabine nichts den Unterschied.

3. 3

   Sicherung

   15 Min.

   Gemeinsam an der Tafel. Kernaussagen:

   • Schwere und leichte Körper fallen gleich schnell, wenn kein Luftwiderstand wirkt. Auf dem Mond (Apollo 15, 1971) schlugen ein Hammer und eine Feder gleichzeitig auf.
   • Das liegt daran, dass die „schwere“ Masse, an der die Schwerkraft zieht, und die „träge“ Masse, die sich der Beschleunigung widersetzt, gleich sind. Das ist auf etwa 10⁻¹⁵ genau geprüft (Satellit MICROSCOPE, Endbericht 2022).
   • Einstein schloss: In einem kleinen Bereich hebt der freie Fall die Schwerkraft auf, und Stehen auf dem Boden gleicht einer Beschleunigung nach oben. Diesen Gedanken nannte er später den glücklichsten seines Lebens.
   • Folge: Biegt sich das Licht in der beschleunigten Kabine, muss es sich auch im Schwerefeld biegen. 1919 zeigten das die Sternpositionen nahe der Sonne (siehe Experiment zur Sonnenfinsternis). Das Gummituch zeigt nur den gekrümmten Raum; bei langsamen Körpern wirkt die Krümmung der Zeit noch stärker.

   Für Neugierige: die Rechnung

   Wie weit sinkt der Strahl? Kabine 2 m breit: Das Licht braucht t = 2 m / c = 6,7 ns. In der beschleunigten Kabine steigt der Boden um s = ½ · g · t² = ½ · 9,81 m/s² · (6,7 · 10⁻⁹ s)² ≈ 2,2 · 10⁻¹⁶ m, weniger als die Größe eines Atomkerns. Die Lichtkrümmung ist nahe der Erde also winzig und nur nahe sehr großer Massen wie der Sonne messbar.

4. 4

   Transfer

   5 Min.

   Eine Frage zum Schluss oder als Hausaufgabe.

   Astronauten auf der Raumstation schweben, obwohl die Station nur etwa 400 km über dem Boden fliegt. Gibt es dort oben keine Schwerkraft? Was bedeutet „schweben“ wirklich?

   Antwort

   Die Schwerkraft beträgt dort noch rund 8,7 m/s², etwa 89 % des Werts am Boden. Station und Astronauten befinden sich gemeinsam im freien Fall um die Erde. Im freien Fall spürt man wie im stürzenden Aufzug kein Gewicht.

Zum WeiterdenkenLernreise: Reise 2: Warum fällt alles gleich schnell?Das Berner Patentamt

1. 1

   Einstiegs-Wette

   5 Min.

   Eine sehr helle rote Lampe löst aus einer Metallplatte keine Elektronen. Du tauschst sie gegen eine sehr schwache violette Lampe. Was passiert?

   • AWeiterhin nichts: Die Lampe ist viel zu schwach.
   • BEinige wenige Elektronen verlassen das Metall sofort.
   • CElektronen verlassen das Metall erst nach einer Wartezeit, wenn es genug Energie gesammelt hat.

   Lösung für die Lehrkraft

   Richtige Antwort: B

   Violettes Licht trägt in jeder Portion mehr Energie (etwa 3,1 eV) als rotes (etwa 1,8 eV). Für ein Metall wie Natrium, das rund 2,3 eV je Elektron braucht, reicht eine violette Portion, eine rote nie. Die Helligkeit bestimmt nur, wie viele Portionen ankommen: Eine schwache violette Lampe löst wenige Elektronen, aber sofort.

2. 2

   Forschungsauftrag

   20 Min.

   Am eigenen Gerät, allein oder zu zweit. Dieselben Fragen stehen auf dem Arbeitsblatt.

   Experiment öffnen: Licht vs. Elektronen

   1. Schiebe den Frequenzregler von niedrig nach hoch. Bei welcher Frequenz verlassen zum ersten Mal Elektronen das Metall?

      Antwort

      Zwischen 5,5 und 5,6 × 10¹⁴ Hz. Bei 5,6 springt die Anzeige auf „Elektronen herausgelöst“ und zeigt 0,02 eV.

   2. Lies die kinetische Energie der Elektronen bei 8 × 10¹⁴ Hz und bei 12 × 10¹⁴ Hz ab. Wie ändert sie sich mit der Frequenz?

      Antwort

      1,01 eV und 2,66 eV. Je höher die Frequenz, desto mehr Energie bekommen die Elektronen: etwa 0,41 eV für jede zusätzlichen 10¹⁴ Hz.

   3. Berechne die Energie einer Lichtportion bei 8 × 10¹⁴ Hz mit E = h · f (h = 4,14 · 10⁻¹⁵ eV·s). Ziehe die Austrittsarbeit von 2,3 eV ab. Passt dein Ergebnis zur Anzeige?

      Antwort

      E = 4,14 · 10⁻¹⁵ eV·s · 8 · 10¹⁴ Hz = 3,31 eV. 3,31 eV − 2,3 eV = 1,01 eV, genau das zeigt die Anzeige.

3. 3

   Sicherung

   15 Min.

   Gemeinsam an der Tafel. Kernaussagen:

   • Das Wellenbild sagt voraus: Hellere Strahlung trägt mehr Energie, also müsste jede Farbe Elektronen lösen, wenn sie nur hell genug ist, womöglich nach einer Wartezeit. Die Messung zeigt etwas anderes: Unterhalb einer Grenzfrequenz passiert nichts, egal wie hell (jedenfalls bei gewöhnlichen Lichtstärken). Darüber kommen die Elektronen sofort.
   • Die Helligkeit ändert nur die Zahl der Elektronen (den Strom), nicht ihre größte Energie. Die größte Energie hängt nur von der Frequenz ab.
   • Einsteins Deutung (1905): Licht kommt in Portionen, jede mit der Energie E = h · f. Eine Portion löst höchstens ein Elektron: E(kin, max) = h · f − W, wobei W die Austrittsarbeit ist. Unterhalb von f₀ = W / h ist jede Portion zu klein.
   • Millikan prüfte diese Gleichung im Experiment (etwa 1914 bis 1916). Einstein erhielt den Nobelpreis für Physik des Jahres 1921 vor allem für das Gesetz des Photoeffekts, nicht für die Relativitätstheorie. Licht zeigt weiterhin Wellenverhalten bei Interferenz und Beugung: Es zeigt beides.

   Für Neugierige: die Rechnung

   E = h · f mit h = 6,626 · 10⁻³⁴ J·s = 4,136 · 10⁻¹⁵ eV·s (1 eV = 1,602 · 10⁻¹⁹ J). Schwelle für W = 2,3 eV: f₀ = W / h = 2,3 eV / 4,136 · 10⁻¹⁵ eV·s ≈ 5,6 · 10¹⁴ Hz, Wellenlänge λ = c / f₀ ≈ 540 nm (grün). Faustregel: E in eV = 1240 / λ in nm. Rotes Licht (700 nm) hat 1,8 eV, violettes (400 nm) 3,1 eV, UV-B (300 nm) 4,1 eV.

4. 4

   Transfer

   5 Min.

   Eine Frage zum Schluss oder als Hausaufgabe.

   Warum kann ultraviolettes Licht Hautzellen chemisch schädigen, das Licht einer roten Lampe aber nicht? (Hinweis: Photoeffekt-Idee.)

   Antwort

   Eine chemische Bindung zu brechen, braucht eine Mindestenergie je Portion, einige eV. Eine UV-B-Portion hat etwa 4,1 eV, eine rote nur etwa 1,8 eV, und bei gewöhnlichen Lichtstärken addieren sich rote Portionen nicht zu einem Bindungsbruch. Starkes rotes Licht kann die Haut erwärmen, aber das ist ein anderer Effekt.

Zum WeiterdenkenLernreise: Reise 3: Woraus besteht Licht?

1. 1

   Einstiegs-Wette

   5 Min.

   Eine Büroklammer hat 1 Gramm Masse. Angenommen, man könnte ihre ganze Masse in elektrische Energie verwandeln. Wie viel wäre das?

   • AEtwa 25 Kilowattstunden.
   • BEtwa 25.000 Kilowattstunden.
   • CEtwa 25 Millionen Kilowattstunden.

   Lösung für die Lehrkraft

   Richtige Antwort: C

   E = m · c² = 0,001 kg · (3 · 10⁸ m/s)² ≈ 9 · 10¹³ J. Mit 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J sind das rund 25 Millionen kWh. Der Faktor c² ist so groß, dass selbst winzige Masse für eine gewaltige Energiemenge steht. In der Praxis kann niemand eine Büroklammer vollständig umwandeln.

2. 2

   Forschungsauftrag

   20 Min.

   Am eigenen Gerät, allein oder zu zweit. Dieselben Fragen stehen auf dem Arbeitsblatt.

   Experiment öffnen: Energie-Rechner

   1. Drücke den Knopf „Büroklammer (1 g)“. Notiere die Energie in Joule und in Kilowattstunden.

      Antwort

      Rund 8,99 · 10¹³ J, das sind etwa 25 Millionen kWh (die Anzeige nennt 24.965.422 kWh).

   2. Drücke jetzt „Ein Mensch (62 kg)“. Um welchen Faktor ist die Energie größer als bei der Büroklammer? Warum genau dieser Faktor?

      Antwort

      Um den Faktor 62.000 (5,57 · 10¹⁸ J), weil die Energie der Masse direkt proportional ist und 62 kg genau 62.000 g sind.

   3. Das Experiment vergleicht mit der Hiroshima-Bombe (rund 6,3 · 10¹³ J). Ändere die Masse, bis der Vergleich etwa „1ד zeigt. Wie viel Masse ist das?

      Antwort

      Rund 0,7 g: m = E / c² = 6,3 · 10¹³ J / 9,0 · 10¹⁶ m²/s² ≈ 0,7 g. Der Stoff vor und nach der Explosion unterschied sich in der Masse um weniger als ein Gramm.

3. 3

   Sicherung

   15 Min.

   Gemeinsam an der Tafel. Kernaussagen:

   • Jeder ruhende Körper hat eine Ruheenergie E₀ = m · c². Weil c² riesig ist (9 · 10¹⁶ m²/s²), entspricht wenig Masse viel Energie.
   • Die Gleichung sagt nicht, dass Masse „verschwindet“. Sie sagt: Gibt ein System Energie ab, wird seine Masse um Δm = ΔE / c² kleiner, und das Abgegebene (Licht, Wärme) trägt diesen Anteil davon.
   • Beim Verbrennen von Kohle ändert sich die Masse um etwa ein Drei-Milliardstel, viel zu wenig zum Wiegen. Bei Kernreaktionen ist es messbar: etwa 0,1 %, wenn Uran gespalten wird, etwa 0,7 %, wenn in der Sonne Wasserstoff zu Helium verschmilzt.
   • Die Sonne strahlt mit 3,8 · 10²⁶ W. Das kostet sie jede Sekunde etwa 4,3 Millionen Tonnen Masse, und das tut sie seit Milliarden Jahren.

   Für Neugierige: die Rechnung

   E = m · c² mit c = 299.792.458 m/s, also c² = 8,99 · 10¹⁶ m²/s². Für 1 g = 0,001 kg: E = 8,99 · 10¹³ J. Eine Kilowattstunde sind 3,6 · 10⁶ J, also E ≈ 2,5 · 10⁷ kWh. Zum Hiroshima-Vergleich: 15 Kilotonnen TNT sind etwa 6,3 · 10¹³ J (1 kt = 4,184 · 10¹² J), also m = 6,3 · 10¹³ J / 8,99 · 10¹⁶ m²/s² ≈ 7,0 · 10⁻⁴ kg = 0,70 g.

4. 4

   Transfer

   5 Min.

   Eine Frage zum Schluss oder als Hausaufgabe.

   Die Sonne strahlt mit 3,8 · 10²⁶ Watt. Wie viele Tonnen Masse verliert sie dadurch jede Sekunde? (Stelle E = m · c² nach der Masse um.)

   Antwort

   Δm je Sekunde = 3,8 · 10²⁶ W / 9,0 · 10¹⁶ m²/s² ≈ 4,2 · 10⁹ kg, also gut 4 Millionen Tonnen pro Sekunde (mit den genaueren Werten 3,83 · 10²⁶ W und 8,99 · 10¹⁶ m²/s² sind es 4,26 · 10⁹ kg). Gegen die Sonnenmasse von etwa 2 · 10³⁰ kg ist das sehr wenig, deshalb kann sie Milliarden Jahre weiterscheinen.

Zum WeiterdenkenLernreise: Reise 3: Woraus besteht Licht?

1. 1

   Einstiegs-Wette

   5 Min.

   GPS-Satelliten kreisen in rund 20.200 km Höhe mit etwa 14.000 km/h. Wegen der Relativität gehen ihre Uhren anders als Uhren am Boden. Um wie viel gehen sie pro Tag vor?

   • AUm etwa 38 Nanosekunden.
   • BUm etwa 38 Mikrosekunden (millionstel Sekunden).
   • CUm etwa 38 Millisekunden (tausendstel Sekunden).

   Lösung für die Lehrkraft

   Richtige Antwort: B

   Insgesamt etwa +38,6 Mikrosekunden pro Tag. Das klingt winzig, doch das Licht legt in dieser Zeit rund 11,6 km zurück, und GPS arbeitet mit Signallaufzeiten. Zwei Effekte addieren sich: Die Geschwindigkeit des Satelliten macht seine Uhr langsamer (−7,2 µs pro Tag), die schwächere Schwerkraft in dieser Höhe macht sie schneller (+45,8 µs pro Tag).

2. 2

   Forschungsauftrag

   20 Min.

   Am eigenen Gerät, allein oder zu zweit. Dieselben Fragen stehen auf dem Arbeitsblatt.

   Experiment öffnen: GPS ohne Relativitätskorrektur Die Lichtuhr

   1. Lass beide Schalter an und stelle 1 Tag ein. Lies den Uhrenunterschied und die Strecke darunter ab.

      Antwort

      +38,6 µs und 11,6 km (die Strecke, die das Licht in dieser Zeit zurücklegt).

   2. Schalte „Schwächere Schwerkraft“ aus, sodass nur der Geschwindigkeitseffekt bleibt. Welches Vorzeichen hat der Unterschied? Was bedeutet das für die Satellitenuhren?

      Antwort

      −7,2 µs pro Tag (etwa 2,2 km Lichtweg): Allein wegen ihrer Geschwindigkeit würde die Satellitenuhr nachgehen, wie jede bewegte Uhr.

   3. Schalte beide Effekte wieder ein und ziehe die Tage auf 30. Wie wächst der Unterschied mit den Tagen?

      Antwort

      Proportional: nach 30 Tagen +1.158 µs und etwa 347 km. Die Uhren laufen jeden Tag um denselben Betrag weiter auseinander.

3. 3

   Sicherung

   15 Min.

   Gemeinsam an der Tafel. Kernaussagen:

   • Ein Empfänger misst, wie lange die Signale mehrerer Satelliten unterwegs sind. Licht legt in einer Nanosekunde etwa 30 cm zurück, deshalb müssen die Uhren auf wenige Nanosekunden genau gehen.
   • Zwei Effekte mit entgegengesetztem Vorzeichen: Eine bewegte Uhr tickt langsamer (Spezielle Relativität, −7,2 µs pro Tag), eine Uhr in schwächerer Schwerkraft tickt schneller (Allgemeine Relativität, +45,8 µs pro Tag). Zusammen geht die Satellitenuhr 38,6 µs pro Tag vor.
   • Deshalb stellen Ingenieure die Satellitenuhren vor dem Start etwas langsamer ein: Aus 10,23 MHz werden 10,22999999543 MHz (Ashby, 2003). Im Orbit stimmen sie dann mit der Erdzeit überein.
   • GPS ist also ein Alltagsfall, in dem beide Theorien Einsteins angewendet werden, und jede Navigations-App verlässt sich auf beide.

   Für Neugierige: die Rechnung

   Lichtweg des Uhrenunterschieds: c · Δt = 299.792 km/s · 38,6 · 10⁻⁶ s ≈ 11,6 km pro Tag. Frequenzversatz: 38,6 µs / 86.400 s ≈ 4,47 · 10⁻¹⁰; 10,23 MHz · (1 − 4,47 · 10⁻¹⁰) = 10,22999999543 MHz. Hinweis: 11,6 km ist der Lichtweg zum Uhrenfehler, kein genauer Positionsfehler, denn ein Fehler, den alle Satelliten des Empfängers gemeinsam haben, wird im Empfänger herausgerechnet. Die Zahl zeigt die Größenordnung und warum die Korrektur eingebaut ist.

4. 4

   Transfer

   5 Min.

   Eine Frage zum Schluss oder als Hausaufgabe.

   Ein GPS-Signal legt von einem Satelliten genau über dir 20.200 km zurück. Wie lange braucht es? Wie weit kommt Licht in einer Nanosekunde? Was heißt das für die Uhren, wenn du deinen Standort auf wenige Meter genau haben willst?

   Antwort

   20.200 km / 299.792 km/s ≈ 0,067 s. In 1 ns kommt Licht etwa 0,3 m weit, für wenige Meter Genauigkeit muss die Zeitmessung also auf etwa zehn Nanosekunden stimmen.

Zum WeiterdenkenLernreise: Reise 1: Was heißt eigentlich gleichzeitig?

1. 1

   Einstiegs-Wette

   5 Min.

   Im August 1939 erreichte US-Präsident Roosevelt ein Brief mit der Unterschrift von Albert Einstein. Welche Aussage stimmt?

   • AEinstein arbeitete jahrelang am amerikanischen Atombombenprojekt.
   • BLeo Szilárd entwarf den Brief, Einstein unterschrieb ihn. Am späteren Bombenprojekt war Einstein nicht beteiligt.
   • CEinstein schrieb den Brief allein und leitete das Bombenprojekt.

   Lösung für die Lehrkraft

   Richtige Antwort: B

   Der Brief vom 2. August 1939 wurde überwiegend vom Physiker Leo Szilárd entworfen und von Einstein unterzeichnet. Er warnte, dass Bomben eines neuen Typs möglich werden könnten und dass Deutschland daran arbeiten könnte. Einstein selbst arbeitete nicht am Manhattan-Projekt; die US-Armee hielt den bekannten Pazifisten für ein Sicherheitsrisiko.

2. 2

   Forschungsauftrag

   20 Min.

   Am eigenen Gerät, allein oder zu zweit. Dieselben Fragen stehen auf dem Arbeitsblatt.

   Experiment öffnen: Der Brief im Wortlaut

   1. Lies den ersten Absatz des Briefs. Wessen Arbeit nennt Einstein als Anlass, und welche Nutzung von Uran nennt er zuerst?

      Antwort

      Er nennt neuere Arbeiten von E. Fermi und L. Szilárd. Die erste Nutzung ist eine neue und wichtige Energiequelle. Bomben kommen erst im dritten Absatz vor.

   2. Suche den Absatz über Bomben. Wie sicher klingt der Brief? Wie erwartet er, dass eine solche Bombe transportiert wird?

      Antwort

      Er nennt solche Bomben „denkbar“, aber „viel weniger sicher“ als die Kettenreaktion selbst. Er erwartet eine Bombe, die per Schiff befördert und in einem Hafen gezündet wird, und hält sie womöglich für zu schwer für den Luftweg. 1945 wurden die Bomben aus Flugzeugen abgeworfen, der Brief irrte sich hier also: Das Wissen von 1939 war unsicher.

   3. Öffne die Anmerkung zu Deutschland auf Seite 2. Welche zwei Dinge berichtet der Brief über Deutschland?

      Antwort

      Deutschland hatte den Verkauf von Uran aus den übernommenen tschechoslowakischen Minen gestoppt. Und der Sohn des deutschen Staatssekretärs, von Weizsäcker, arbeitete am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin, wo ein Teil der amerikanischen Uranarbeiten wiederholt wurde.

3. 3

   Sicherung

   15 Min.

   Gemeinsam an der Tafel. Kernaussagen:

   • Frühjahr 1933: Nach Hitlers Machtübernahme kehrte Einstein, der sich in den USA aufhielt, nicht nach Deutschland zurück. Am 28. März 1933 landete er in Antwerpen und trat aus der Preußischen Akademie aus. Im Oktober 1933 kam er in Princeton an. Ein Gesetz vom 7. April 1933 erlaubte, Beamte, auch Hochschullehrer, zu entlassen, weil sie jüdisch oder politisch unerwünscht waren.
   • Die Kernspaltung wurde im Dezember 1938 entdeckt (Hahn und Straßmann) und kurz darauf gedeutet (Meitner und Frisch). Im Sommer 1939 fürchtete Szilárd, Deutschland könne vorn liegen, und bat Einstein, ihm mit seinem Namen und seinem Ansehen zu helfen.
   • Der Brief zeigt, wie unsicher das Wissen war: Er spricht von dem, was „denkbar“ ist, und irrte sich beim Transport. 1945 zerstörten Atombomben Hiroshima und Nagasaki.
   • Einstein sprach sich später gegen Kernwaffen aus und unterzeichnete wenige Tage vor seinem Tod im April 1955 das Russell-Einstein-Manifest. Ob und wann Forschende warnen, schweigen oder sich verweigern müssen, ist eine Frage ohne eine einzige richtige Antwort; man kann sie anhand von Quellen begründet diskutieren.
4. 4

   Transfer

   5 Min.

   Eine Frage zum Schluss oder als Hausaufgabe.

   Forschende wissen selten, was andere später mit ihren Ergebnissen tun. Wähle ein heutiges Beispiel (etwa Künstliche Intelligenz, Genveränderung oder Klimaforschung). Welche zwei Fragen sollten Forschende sich vor der Veröffentlichung stellen?

   Antwort

   Es gibt keine einzige richtige Antwort. Sinnvolle Fragen: Wer könnte das nutzen, und wofür? Wer könnte zu Schaden kommen, und wie wahrscheinlich ist das? Lässt sich der Schaden verringern? Wer entscheidet, und wer wird gefragt? Gelten lassen, was begründet wird, und mit 1939 vergleichen: Szilárd entschied sich, die Regierung zu warnen.

Zum WeiterdenkenExil & PrincetonDer Brief & die Bombe