Forschungsfragen


Liste


Basiswissen


Wie funktioniert der Auftrieb an Flügeln? Was ist e hoch x² aufgeleitet? Was ist die Halbwertszeite eines Neutrons? Hören Primzahlzwillinge irgendwann einmal auf? Solche Fragen sind zumindest theoretisch beantwortbar. Es gibt Ideen, wie man sie wissenschaftlich berarbeiten kann. Hier stehen solche Forschungsfragen, die mit Abiturwissen verständlich (nicht unbedingt lösbar) sind.

Umfang einer Ellipse


◦ Eine Ellipse ist eine Art gestreckter (oder gestauchter) Kreis.
◦ Für ihren Umfang gibt es bisher nur Näherungslösungen.
◦ Mehr unter => Ellipsenumfang

Wozu dient der Schlaf?


◦ Tiere und Menschen müssen schlafen.
◦ Entzieht man ihnen den Schlaf, brechen sie irgendwann zusammen.
◦ Wozu genau der Schlaf dient, ist aber noch unbekannt.
◦ Lies mehr unter => Schlaf

Gibt es Hawking-Strahlung?


◦ Ein Gedankenexperiment lässt Schwarze Löcher Strahlung produzieren.
◦ Der Gedankengang stammt von dem Physiker Stephen Hawking.
◦ Es gibt (gute) theoretische Gründe dafür, dass die Strahlung existiert.
◦ Es gibt aber noch keine Idee, wie man sie praktisch nachweisen könnte.
◦ Lies mehr unter => Hawking-Strahlung

∫(e hoch x²)·dx


◦ Was ist e hoch x² aufgeleitet?
◦ Man kann eine Näherungslösung angeben.
◦ Man kennt dafür keinen geschlossenen Term.
◦ Mehr unter => e^(x^2) aufleiten

Wie entststeht dynamischer Auftrieb?


◦ Flugzeuge fliegen nach dem Prinzip des dynamischen Auftriebs.
◦ Es gibt zwei Erklärungsansätze, warum dieses Prinzip funktioniert.
◦ Zum einen beobachtet man an der Flügeloberseite einen Unterdruck.
◦ Zum anderen wird Luft durch die Flügel nach unten umgelenkt.
◦ Durch den Unterdruck werden die Flügel sozusagen von oben angesaugt.
◦ Durch die Umkehrung der Luft entsteht gibt eine Impulsübertragung.
◦ Beide Prinzipien könnte Auftrieb erklären, lassen aber Fragen offen.
◦ Siehe auch => dynamischer Auftrieb

Was bestimmt die Halbwertszeit freier Neutronen?


◦ Neutronen kommen normalerweise in einem Atomkern vor.
◦ Neutronen in einem Atomkern sind praktisch gesehen stabil.
◦ Neutronen außerhalb eine Atomkerns heißen freie Neutronen.
◦ Freie Neutronen sind nicht stabil, ihre HWZ liegt bei etwa 8 Minuten.
◦ Die HWZ freier Neutronen wird normalwerweise mit zwei Methoden gemessen.
◦ Die eine Methode wird oft Strahlen- die andere Flaschenmethode genannt.
◦ Bei der Strahlenmethode kommt eine HWZ von 886 bis 890 Sekunden heraus.
◦ Bei der Flaschenmethode kommt eine HWZ von 878 bis 879 Sekunden heraus.
◦ Woher der Unterschied kommt ist zur Zeit (2018) unklar.
◦ Siehe auch => Neutronenhalbwertszeit

Wie wirkt Masse auf Antimaterie?


◦ Antimaterie entsteht ständig natürlich.
◦ Antimaterie kann auch künstlich erzeugt werden.
◦ Erforscht wird sie unter anderem am CERN und in Darmstadt.
◦ Eine Frage lautet: wirkt Gravitation auf sie anziehend oder abstoßend.
◦ Konkret: wird ein Antiproton von der Erde angezogen oder abgestoßen.
◦ Mehr dazu: Spektrum der Wissenschaft, Dezember 2017, Seite 44 ff.
◦ Stand 2017, siehe auch => Antimaterie

Woher kommt Altruismus?


◦ Altruismus meint selbstloses Verhalten zugunsten anderer.
◦ Nach rein darwinistischen Theorien dürfte es Altruismus nicht geben.
◦ Rechenmodelle zeigen, dass Parasiten uns zu Altruismus bewegen könnten.
◦ Mehr dazu: Spektrum der Wissenschaft, Dezember 2017, Seite 74 ff.
◦ Stand 2017, siehe auch => Altruismus

Warum kann Sand Töne erzeugen?


◦ Beim Laufen auf Sand können hohe Quietschtöne enstehen.
◦ Bei Wind und Rutschungen erzeugen Dünen verschiedene Töne.
◦ Es ist bis heute ungeklärt, wodurch genau diese Töne entstehen.
◦ Mehr dazu: Spektrum der Wissenschaft, Dezember 2017, Seite 52 ff.
◦ Stand 2017

Gibt es Dunkle Materie?


◦ Die Sterne in Galaxien rotieren um einen gemeinsamen Mittelpunkt.
◦ Ohne gegenseitige Anziehungskraft würden die Sterne weggeschleudert.
◦ Die Graviationskraft hält aber die Sterne einer Galaxie zusammen.
◦ Problem: In Galaxien findet man nicht genug Masse, dass das klappt.
◦ Frage: wo ist die fehlende Masse (dunke Materie)?
◦ Stand 2018, mehr unter => Dunkle Materie

Gibt es Dunkle Energie?


◦ Es gibt kosmische Beobachtungen, dass sich der Weltraum ausdehnt.
◦ Theoretische müsste er sich wegen der Gravitationskraft immer langsamer ausdehnen.
◦ Er scheint sich mit der Zeit aber immer schneller auszudehnen.
◦ Warum das so ist, weiß niemand, man nimmt eine Dunkle Energie an:
◦ Je weiter Materie voneinander entfernt, desto stärker stöße sie sich ab.
◦ Ob es Dunkle Energie gibt oder andere Erklärungen besser sind, ist unklar.
◦ Stand 2018, mehr unter => Dunkle Energie

Dreikörperproblem


◦ Drei Himmelskörper bewegen sich umeinander.
◦ Zwischen ihnen wirkt nur ihre Anziehungskraft.
◦ Wie werden sich die Bewegungen in Zukunft verhalten?
◦ Für diese Fall gibt es noch keine geschlossene Formellösung.
◦ Mehr dazu unter => Dreikörperproblem

Maxwell-Strahlung


◦ Die Mawellschen Gleichungen sagen: beschleunigte Ladungen strahlen Energie ab.
◦ Einstein sagt: der Aufenthalt in einem Schwerefeld ist wie eine Beschleunigung.
◦ Die Folgerung wäre: alle Ladungen in eine Schwerfeld müssten strahlen.
◦ Das tun sie aber nicht. Dieses Paradoxon ist noch (2020) ungeklärt.

Gilt die Goldbachsche Vermutung?


◦ Als Goldbachsche Vermutung bezeichnet man die zwei Sätze:
◦ Jede gerade Zahl größer 2 ist die Summe zweier Primzahlen.
◦ Jede ungerade Zahl größer 5 ist die Summe dreier Primzahlen.
◦ Es ist bisher unklar, ob diese Sätze für alle Zahlen gelten.
◦ Stand 2020, mehr unter => Goldbachsche Vermutung

Collatz-Problem


◦ Wähle irgendeine natürliche Zahl n.
◦ Ist n gerade, halbiere es. Das ist die Folgezahl.
◦ Ist n ungerade, rechne: 3·n+1. Das ist die Folgezahl.
◦ Nimm die Folgezahl als neues n und beginne neu.
◦ Am Ende entsteht immer die Zahlenfolge 4;2;1
◦ Unklar ist, ob das mit jedem n immer so ist.
◦ Mehr unter => Collatz-Problem

Irrationalität von pi und e


◦ Die Kreiszahl Pi (etwa 3,14) ist irrational.
◦ Die Eulersche Zahl e (etwa 2,71) ist irrational.
◦ Unklar ist, ob Pi+e und Pi/e irrational sind.

Primzahlzwillinge


◦ 3 und 5 bilden einen Primzahlzwilling.
◦ Auch 11 und 13 oder 17 und 19 sind Primzahlzwillinge.
◦ Primzahlzwillinge sind zwei Primzahlen mit dem Abstand 2.
◦ Es ist bis heute ungeklärt, ob Primzahlzwillinge aufhöhren oder nicht.
◦ Siehe auch => Primzahlzwilling

Beharrlichkeitsproblem


◦ Analog zur Quersumme gibt es auch ein Querprodukt.
◦ Von einem Querprodukt kann man wiederum ein Querprodukt bilden.
◦ Am Ende dieses Prozesses wird immer eine einziffrige Zahl herauskommen.
◦ Die Anzahl Schritte für eine Startzahl z ist die Beharrlichkeit von z.
◦ Für die Beharrlichkeiten von 1 bis 11 kennt man kleinste Zahlen z.
◦ Für Beharrlichkeiten von 12 oder mehr sind solche Zahlen (noch) nicht bekannt.
◦ Mehr unter => Beharrlichkeitsproblem

Fermi-Paradoxon


◦ Es gibt im Weltraum seit langer Zeit viele Planeten.
◦ Warum ist nicht auf vielen von ihnen sichtbar Leben entstanden?
◦ Mehr dazu unter => Fermi-Paradoxon

x³+y³+z³=n


◦ Wie muss eine ganze Zahl z beschaffen sein, dass sie als ...
◦ Summe von drei ganzzahligen Kubikzahlen dargestellt werden kann?
◦ Mehr dazu unter => Summe von drei Kubikzahlen

Blasentang


◦ Seit dem Jahr 2004 geht der Blasentang in der Ostsee zurück.
◦ Eine klare Ursache dafür konnte bisher nicht gefunden werden.
◦ Es werden verschiedene Ursachen diskutiert.
◦ Mehr unter => Blasentang

Voynich-Manuskript


◦ Es gibt ei authentisches Manuskript aus dem 15ten Jahrundert.
◦ Es besteht aus sauberer Schrift und vielen Skizzen.
◦ Der Inhalt ist bisher völlig unklar.
◦ Mehr unter => Voynich-Manuskript