Melden Sie sich für den Wissenschaftsnewsletter „Wonder Theory“ von CNN an. Entdecken Sie das Universum mit Informationen zu faszinierenden Entdeckungen, wissenschaftlichen Fortschritten und vielem mehr..
Oft als Vater der Mathematik bezeichnet, Archimedes war einer der berühmtesten Erfinder des antiken Griechenlands, und einige seiner Ideen und Prinzipien werden noch heute verwendet.
Aber ein legendäres Gerät lässt Wissenschaftler seit Hunderten von Jahren über seine Existenz spekulieren: den Todesstrahl. Nun könnte ein Mittelschüler einige Antworten haben.
Brenden Sener, 13, aus London, Ontario, gewann zwei Goldmedaillen und einen Preis der London Public Library für seine winzige Version des Geräts – eine angebliche Kriegswaffe, die aus einer großen Anzahl von Spiegeln besteht, die das Sonnenlicht bündeln und auf ein Ziel lenken sollen. , wie ein Schiff, und verursacht Verbrennungen – laut einem Artikel, der in der Januar-Ausgabe des Canadian Science Fair Journal veröffentlicht wurde.
Der griechische Mathematiker hat Sener fasziniert, seit er während eines Familienurlaubs in Griechenland von dem Erfinder hörte. Für sein Wissenschaftsprojekt 2022 hat Sener die Schraube von Archimedes nachgebaut, ein Gerät zum Heben und Bewegen von Wasser. Aber er hörte hier nicht auf.
Sener entdeckte, dass der Todesstrahl eines der faszinierendsten Geräte ist, manchmal auch Hitzestrahl genannt. Historische Schriften deuten darauf hin, dass Archimedes während der Belagerung von Syrakus von 214 bis 212 v. Chr. „brennende Spiegel“ verwendete, um vor Anker liegende Schiffe in Brand zu setzen.
„Archimedes war mit seinen Erfindungen seiner Zeit weit voraus. Und es hat die Technologie damals wirklich revolutioniert, weil Archimedes über Dinge nachdachte, die vorher niemand hatte“, sagte Sener. „(Der Todesstrahl) ist eine so interessante Idee, auf die damals niemand gekommen wäre.“
Es gibt keine archäologischen Beweise für die Existenz dieses Geräts, wie Sener in seinem Artikel feststellt, aber viele haben versucht, den Mechanismus nachzubilden, um zu sehen, ob die antike Erfindung machbar war.
Miniatur-Todesstrahl
Bei Seners Versuch mit dem Strahl stellte er eine Wärmelampe gegenüber vier kleinen konkaven Spiegeln auf, die jeweils so geneigt waren, dass sie das Licht auf ein Stück Pappe lenkten, dessen Brennpunkt mit einem X markiert war. In diesem Projekt, das er für die Matthews Hall Annual Science Fair 2023 entwarf, stellte Sener die Hypothese auf, dass die Temperatur des Ziels ansteigen würde, wenn die Spiegel Lichtenergie auf den Karton bündelten, da jeder Spiegel hinzugefügt würde.
In seinem Experiment führte Sener drei Tests mit zwei unterschiedlichen Glühbirnenleistungen durch, 50 Watt und 100 Watt. Jeder zusätzliche Spiegel erhöhte die Temperatur erheblich, stellte er fest.
„Ich war mir nicht ganz sicher, wie die Ergebnisse zustande kommen würden, da es zu diesem Thema viele unterschiedliche Ergebnisse gab, aber ich rechnete mit einem Anstieg der Hitze – aber nicht so drastisch wie der, den ich festgestellt hatte, als ich es tatsächlich tat.“ mein Experiment“, sagte Sener.
Die Temperatur des Kartons betrug allein mit der Wärmelampe und der 100-Watt-Glühbirne und ohne Spiegel etwa 81 Grad Fahrenheit (27,2 Grad Celsius). Nachdem er darauf gewartet hatte, dass der Karton abgekühlt war, fügte Sener einen Spiegel hinzu und testete erneut. Er stellte fest, dass die Temperatur des Brennpunkts auf fast 95 F (34,9 C) anstieg.
Der größte Anstieg erfolgte mit der Hinzufügung des vierten Spiegels. Wenn drei Spiegel auf das Ziel gerichtet waren, betrug die Temperatur fast 43,4 °C (110 °F), aber durch Hinzufügen eines vierten Spiegels erhöhte sich die Temperatur um etwa 10 °C (18 °F) auf 53,4 °C (128 °F).
In seiner Arbeit sagte Sener, er finde diese Ergebnisse „ziemlich bemerkenswert, weil sie darauf hindeuten, dass Licht in alle Richtungen geht und dass die Form des Hohlspiegels die Lichtwellen auf einen einzigen Punkt fokussiert.“
Cliff Ho, leitender Wissenschaftler an den Sandia National Laboratories, lobte Sener für seine Einblicke in den Todesstrahl von Archimedes und sagte, das Projekt sei „eine hervorragende Bewertung grundlegender Prozesse“. Die Anlage ist ein technisches und wissenschaftliches Labor der National Nuclear Security Administration des US-Energieministeriums in Albuquerque, New Mexico.
Obwohl das Experiment „nichts wirklich Neues für die wissenschaftliche Literatur bietet … sind seine Ergebnisse eine schöne Bestätigung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik“, dass Energie oder Wärme übertragen werden kann, sagte Ho. Der Wissenschaftler hatte 2014 eine Konferenz zum Thema Tod vorgeschlagen Ray kam zu dem Schluss, dass die Idee möglich war, dass es für Archimedes jedoch schwierig gewesen wäre, sie umzusetzen.
Sener habe nicht versucht, irgendetwas einzuschalten, weil „eine Wärmelampe nicht genug Wärme erzeugt wie die Sonne“, sagte er. Aber er glaubt, dass durch die Nutzung der Sonnenstrahlen und eines größeren Spiegels „die Temperatur noch drastischer und schneller ansteigen würde“ und „leicht zu einer Verbrennung führen würde“.
Weitere Todesstrahl-Theorien
Alle zwei Jahre wird die olympische Flamme mithilfe eines gebogenen Parabolspiegels entzündet, der das Sonnenlicht auf einen einzigen Punkt bündelt. Sobald die Fackel in diesem Brennpunkt platziert ist, wird sie von den Sonnenstrahlen beleuchtet. Es wird nicht allgemein angenommen, dass Archimedes einen einzelnen Parabolspiegel verwendet hat, da dieser nicht auf die gleiche Weise ausgerichtet werden kann wie ein flacher Spiegel.
Häufiger wird angenommen, dass der Todesstrahl von Archimedes aus mehreren polierten Spiegeln oder Schilden bestand. Allerdings wird diese Theorie oft aufgrund der Vorstellung, dass sich Schiffe während der Schlacht bewegen würden, in Misskredit gebracht. Damit die Schiffe durch die von den Spiegeln erzeugte Hitze Feuer fingen, hätten sie stationär und in Küstennähe verankert sein müssen, sagte Thomas Chondros, ein pensionierter außerordentlicher Professor an der Fakultät für Maschinenbau und Luftfahrttechnik der griechischen Universität aus Patras. Chondros studierte Archimedes und seine Erfindungen.
In der Discovery Channel-Serie „MythBusters“ gab es Episoden aus den Jahren 2004, 2006 und 2010, in denen der angebliche Todesstrahl getestet wurde, die Legende jedoch letztendlich zum Mythos erklärt wurde, als es bei jedem Test nicht gelang, ein Holzboot in Brand zu setzen. Im Jahr 2005 gelang es einer Studentenklasse des Massachusetts Institute of Technology, inspiriert von der ersten Episode der Serie, einmal mit einer Technik ähnlich der von Sener in größerem Maßstab ein Holzboot zu zünden, scheiterte jedoch beim zweiten Versuch.
Sener sagte, er glaube, dass die Daten durch die Kombination der Erkenntnisse des MIT mit seinen eigenen darauf hindeuten könnten, dass der Todesstrahl plausibel sei und dass Archimedes wahrscheinlich die Sonnenstrahlen mit großen Spiegeln genutzt haben könnte, um eine Verbrennung auszulösen. Bei kaltem oder bewölktem Wetter funktioniert die Technologie jedoch möglicherweise nicht, und der Einfluss des Meeres auf die Bewegung von Schiffen beeinträchtigt die Praktikabilität dieses Geräts, fügte er in seinem Artikel hinzu.
Trotz der Einschränkungen der praktischen Anwendbarkeit des Todesstrahls fand Chondros Seners Projekt „interessant und gut recherchiert“ und das experimentelle Gerät des Teenagers könne „die Grundlage für eine Diskussion für junge Studenten, sogar Universitätsstudenten, bilden“, sagte er in einer E-Mail. .
Seners Mutter Mélanie war nicht überrascht, dass sich ihr Sohn für ein wissenschaftliches Projekt entschieden hatte. „Er war schon immer von der Geschichte, der Wissenschaft und der Natur fasziniert. … Er hatte immer einen Durst nach Bildung und Wissen jeglicher Art“, sagte sie.
Sener könnte sich vorstellen, eines Tages Wissenschaftler zu werden, sei es im Ingenieurwesen, im Bioingenieurwesen oder in der Medizin, sagte er.
Für weitere CNN-Nachrichten und Newsletter erstellen Sie ein Konto bei CNN.com