Der vierte Hauptsatz der Thermodynamik

 Jetzt, da Frost und Schnee wieder regieren (entgegen der Prophezeiung des Mojib Latif) erinnert sich der Fahrer eines Elektroautos an die Hauptsätze der Thermodynamik. Während Diesel- und Benzinerfahrer die Wärme für ihren Innenraum einfach nur anzapfen kostet sie den Elektroautofahrer Reichweite. Eine ungünstige Kombination wenn man z. B. in der Ukraine lebt und im dritten Kriegswinter möglichst schnell und weit flüchten muss. Darüber habe ich als Berliner mehr als einmal nachgedacht.

Die Natur schenkt einem nichts, es wird alles nur umgewandelt. Und wer gestern noch mit dem Finger auf seinen Nachbarn gezeigt habt, ("ist ne alte Umweltsau") muss nun im Dezember eben frieren, wenn er ans Ziel kommen will. Oder seinen Horizont verkleinern, wenn er partout nicht frieren will. Sieht ja keiner. Und wenn doch ist man (beim Nachbarn) eh nicht überrascht. Er hatte schon immer etwas Dörfliches - wobei, nein, da tue ich meinen Gartennachbarn gerade unrecht. Jedenfalls strahlte der Nachbar noch nie Großzügigkeit, Weltoffenheit (im Sinne von: Offen für das sein, was die Welt bietet - aber nicht ihre Zumutungen!) oder fundierte Bildung (im Sinne von: hat in der Oberstufe weder Mathe noch Physik abgewählt ;-) ) aus.

Und wer jetzt im Winter eine Zuheizung (so sagen wir im Osten, wo man schon immer einen Plan A und B brauchte) benutzt, die er mit etwas befeuert was er selbst tragen muss, weiß, wie schnell so ein Holzscheit abgebrannt ist. Man kann da buchstäblich bei zugucken.

Man bekommt auf diese Weise neben all den Berechnungen, die ein Physiker oder Ingenieur fast zwanghaft im Kopf anstellt, wer er etwas brennen oder fahren sieht) auch ein Gefühl, eine Routine dafür, wann es wieder Zeit wird, für Brennholz Nachschub zu sorgen. Und dann nimmt er den Korb, geht wieder vor die Türe und bedankt sich bei sich selbst, dass es wenigstens gespalten angeliefert worden war. Er befällt den Korb und fragt sich, warum der Mensch so viel schleppen muss um nicht zu erfrieren. Übrigens ähnlich den Fragen beim Wocheneinkauf, wie viele Kilos er in diesem Jahr schon in Form von Lebensmitteln, Wasser- und Bierkästen getragen haben muss. Geht es schon auf eine Tonne zu? 

Und da nähern wir uns dem einen Paradoxon, auf das ich hinaus will. Wenn wir also schleppen und schleppen, und der Stapel Kaminholz quasi beim Zusehen schwindet. Und wenn wir auch alle zwei Wochen (manche öfter!) tanken müssen. Wenn wir also wissen, fast hätte ich gesagt: Gewissheit haben, wie wenig Energie in so gewichtiger Materie steckt. Dann frage ich mich: Wieso ist es so schwierig, kostet es so viel Energie und Anstrengung, auch nur ein Kilogramm meines Körpergewichtes zu verlieren?

Da können abends ruhig 10.000 Schritte auf dem Schrittzähler stehen. Man sieht es mir nicht an. Aber abends nur 1x ein wenig über die Stränge schlagen - das sieht man mir an. Für ist das ein Paradoxon. Ich komme mir da vor wie eine unerschöpfliche Energiequelle (also physisch, nervlich sicher nicht). Sind wir so gute Energieverwerter? Wollen wir es sein?

Auf einer Gesundheitsmesse bot mir mal eine Messehostess (so sagte man früher, und ich weiß, dass Sie sich jetzt, in diesem Moment da sie das Wort "Messehostess" lesen, an mindestens eine ganz konkret erinnern können) eine Messehostess bot mir also eine Erdnuss an. Und frage mich, wie lange man auf dem Heimtrainer, den ich erst jetzt neben ihr bemerkte, da sie auf ihn zeigte und sich mit ihrem Blick vergewisserte, dass mein Blick nun von ihrem Blick auf den Heimtrainer wandern würde, wie lange also, glaube ich, müsse man darauf trainieren, um die Kalorien dieser Erdnuss wieder verbraucht zu haben.

Ich fand die Frage nicht so schwer und sagte "etwa 1 Minute". Und da lag ich falsch (aber sowas von). 

10g  Erdnuss liefert unserem Körper rund 660 Wattstunden Energie. Glauben Sie nicht? Doch: 

• 100g Erdnüsse liefern physiologisch verwertbare 2400 kilo Joule.
• Mit 0,278 Wattstunden pro kJ sind das 2400 x 0,278 =   9,28 Wattstunden.

660 Wattstunden. Eine Hand voll Erdnüsse also rund 1 kWh. Verstehen Sie jetzt, warum Eichhörnchen Erdnüsse sammeln? Die verstehen mehr von Energie und Thermodynamik als unser Wirtschaftsminister..

Hauen Sie sich also abends ruhig die Erdnüsse rein (sie sind ja auch gesund). Aber fahren sie morgens besser mit dem Fahrrad zur Arbeit. Oder laufen Sie auf einen Berg. Googeln Sie mal, wie hoch man 100kg mit 1 kWh heben kann. Das reicht dicke!

Der vierte Hauptsatz der Thermodynamik lautet also:

• Um die Kalorien einer Hand voll Erdnüsse abzutrainieren musst Du einen 3600 Meter hohen Berg besteigen. Warm wird Dir dabei nebenbei und automatisch.

Es lebe der Verbrenner, kann man da nur sagen. Nie käme das Eichhörnchen auf die Idee, das gegen die Wintersonne einzutauschen. 

(Ich kann es immer noch nicht glauben. Habe ich mich wirklich nicht verrechnet?)

Richard Feynman und wie er die Quantenphysik sah

Wenn Sie glauben, Sie verstehen die Quantentheorie... dann verstehen Sie die Quantentheorie nicht.

Richard Feynman (Physiker)

Dieses Zitat habe ich bei Richard Dawkins gefunden. In dem Zusammenhang erklärt er einen wichtigen Unterschied zwischen Wissenschaft und Technologie aus Sicht unserer Sinneswahrnehmung und unseres Verständnisses der Welt - man könnte auch sagen: unserer inneren Modellierung der Welt. Demnach haben wir die großen wissenschaftlichen Erkenntnisse anfangs kaum verstanden. Weil sie kontraintuitiv waren. Dies wiederum, weil unsere Sinneswahrnehmung der physischen Welt einen kleineren Schlitz vom Gesamtspektrum darstellt als die Sehschlitze einer Burka oder Ku-Klux-Klan Umhangs von der sichtbaren Welt erfassen..

Wissenschaft tut -anders als Technologie- dem gesunden Menschenverstand ganz allgemein Gewalt an.

Richard Dawkins

Manche Erkenntnisse wollen wir aber auch nicht wahrhaben, weil sie unseren Interessen und Absichten widersprechen. So erinnere ich mich an eine tiefgehende Enttäuschung im Physik-Leistungskurs. Wir lernten, dass Atome ganz überwiegend aus leerem (im materiellen Sinne) Raum bestehen. Und dass das was wir als Körper und als Berührung eines Körpers wahrnehmen, nicht dem Stofflichen dieses Körpers entspricht, sondern den Feldkräften, die in ihm und um ihn herum wirken. Ich stellte mir also vor, dass ich meine Freundin niemals wirklich berühre. Sondern nur erlebe, wie die Elektronen auf den Außenbahnen ihrer Hautatome die Elektronen um meine Hautatome abstoßen.. Als ich das meinen damaligen Freunden zu erklären versuchte, lachten sie nur. Ich interpretierte ihr Lachen als "selbst Schuld, wenn Du Dich so sehr um Aufklärung bemühst".

Ich erinnere mich auch, wie ich in einer anderen Physikstunde über Wahrscheinlichkeitswellen mit meinem Banknachbarn über die Interpretation von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten diskutierten. Er war ein Einserkandidat, ich ein Zweierkandidat. Er fand die Interpretation in unsere Erfahrungswelt gar nicht so wichtig, er nahm sie rein mathematisch. Mir aber war Verständnis einer Sache Bedingung für die Akzeptanz einer Sache. Und ich fragte unseren Lehrer, ob man sagen könne. Wahrscheinlichkeit sei hier nur die Projektion eines Gruppenverhaltens auf ein Element dieser Gruppe. Das bejahte er, ergänzte aber auch: "Wir verstehen die wenigsten Dinge von der Physik. Wir gewöhnen uns nur an sie, halten das aber für Verständnis."

Diese "Erkenntnis" über die menschliche Aufnahmefähigkeit von der Welt nahm ich wiederum mit in meinen Philosophiekurs und konfrontierte uns dort damit. Ich erinnere mich grob daran, dass unser bester Schüler in dem Kurs eine bessere Antwort parat hatte als unser Lehrer. (Daran erkannte ich den Unterschied zwischen Philosophieren und der bloßen Wiedergabe der Philosophien anderer Leute.."

Mit solchen Themen kann man gute Abende bei einem Bier oder zwei verbringen. Aber es zeigt auch, wie viel Arbeit wissenschaftliche Erkenntnis ist. Und selbst wenn man wissenschaftliche Daten in einer Qualität hat, die einem genügen, ist die Interpretation der zugehörigen Mathematik ein großer zweiter Schritt.

Oft dachte ich, wie gut dass ich in dieser Zeit lebe, wo wir die wichtigsten Erkenntnisse alle schon haben. Man kann rückwirkend über die Verteidigungskämpfe von Kirchen und Fürsten lächeln. Dass sie nicht hinnehmen wollten, dass die Erde eine rotierende Kugel ist und sich um die Sonne dreht. "Woran hätten sie die Wahrheit erkennen sollen - sie ist ja kontraintuitiv? Wie hätte eine Erfahrung sein sollen, die die Erde rotieren und um die Sonne ziehen lässt?" zitiert Dawkins die alten Philosophen. Und sagt, dass es dazu keine Antwort gab weil wir keine entsprechende Sinneswahrnehmung haben.
Also dazu hätte ich eine prompte Antwort gehabt: Daran, dass wir weder Fahrtwind noch eine Beschleunigung spüren, hätte ich "erkannt", dass die Erde nicht rotiert oder um die Sonne läuft. Wenn ich im Auto oder im Bus eine Kurve fahre, bemerke ich einen kleinen ausgleichenden Wind. Ich hätte das also auch von einer fahrenden und rotierenden Erde erwartet..
Dawkins sagt, der wandernde Sternenhimmel sei ein weiterer Hinweis auf die Rotation der Erde  gewesen. Aber deren Deutung lag wiederum in der Hoheit der Mächtigen...

So wie heute das Klima. Auch hier bin ich mir ganz sicher: in nur wenigen Jahren werden wir die heutige Hysterie nicht mehr verstehen. Wir werden sie als Symptom der westlichen Dekadenz deuten. Einer Gesellschaft, die an sich selbst satt geworden war. Die verhätschelt, verwöhnt, überfüttert wurde vom Wohlstand, den ihre Väter und Großväter begründet hatten. Die sich neuen Faschisten unterwarf, die -wie früher die Hexen- Andersdenkende für das Wetter, für verhagelte Ernten und Überschwemmungen verantwortlich machen wird.

Ich bin einerseits froh, den Höhepunkt der freiheitlichen Welt miterlebt zu haben. Aber ich bin ratlos und weiß noch nicht wohin, angesichts unseres sich abzeichnenden kulturellen Niedergangs.

Einstein-Rosen-Brücke im Disney Taschenbuch "Winterzeit"

Brat mir einer einen Storch. Ich hatte den Hawking ausgelesen und ging vor Silvester in unseren Kiosk, der auch Hermes (der Götterbote..) Annahmestelle ist. Dort fiel mir Disneys Lustiges Taschenbuch "Winterzeit" ins Auge. Hatte es mir ein vom neuen Asterix enttäuschter Freund empfohlen oder stand es im Feuilleton? Das Buch sollte gut sein.

Ich nahm es mit. Und staunte nicht schlecht: Die erste Geschichte handelt von einem "Wurmloch", durch das finstere Gestalten reisen um in der Vergangenheit das Weihnachtsfest zu manipulieren. Indem sie den Mann im roten Mantel keine Geschenke bringen lassen sondern Wohnungen ausrauben..

Diese Geschichte könnte im Friedrichshain spielen, hat ihre Wurzeln aber an der Humboldt Uni in Mitte.

Das Buch hat sich gelohnt. Es hat mehr Erwachsenensprech als der aktuelle Asterix, ich kann es bestätigen.


Ich frage mich aber, was mich just nach der "Kurzen Geschichte der Zeit" unwissend so zielsicher zu diesem Werk greifen ließ. Das letzte Lustige Taschenbuch muss ich mir so um 1982 gekauft haben...

Wenden wir uns lieber dem Kosmos zu...

Kehren wir zurück zu den ewigen Themen. Ich habe 23 Jahre nach meiner Diplomvorprüfung in Physik endlich Stephen Hawkings "Kurze Geschichte der Zeit" gelesen und ein paar Wissenschaftspodcasts dazu gehört.

Ich kann einerseits sagen: Ich bin jetzt auf Stand. Andererseits muss ich sagen: Vorstellen kann ich mir das alles nicht mehr.

Materie und Energie sind in einander umwandelbar. Das haben wir von Einstein gelernt und verstanden. Licht bewegt sich immer gleich schnell. Die Gravitation krümmt den Raum, die Kugel rollt subjektiv immer "geradeaus". Von den Quantenmechanikern haben wir den Welle-Teilchen Dualismus gelernt.

Neu für mich: Wir müssen uns alle elementaren Kräfte auch als Welle-Teilchen vorstellen. Und ein Vakuum ist kein Vakuum.

Am spannendsten schreibt Hawking allerdings über die schwarzen Löcher, von denen er sagt, dass sie nicht schwarz sein müssen, sondern an der Grenze ihres Ereignishorizontes auch Teilchen emittieren können.

Ein guter Freund hat es mir vor Weihnachten erklärt (wir saßen in einer Bar gegenüber von Ströbeles Büro, als mir ein Licht aufging ;-): Früher machten die Wissenschaftler Beobachtungen, die sie nachträglich versuchten zu erklären, durch Theorie und Modellierung.

Heute ist es umgekehrt: Man ersinnt mittels Mathematik Theorien, auf deren Beobachtbarkeit und Beweisbarkeit so lange warten muss, bis die technischen Mittel dafür zur Verfügung stehen.

Die Theorie läuft der Praxis nicht mehr hinterher sondern voraus.

Daraus beziehen die Theoretiker heute ihren Stellenwert. Und einem Stephen Hawking liest man das auch an. In seinem Buch wimmelt es von Eitelkeiten. Mir sind diese bei Akademikern natürlich nicht fremd, aber in "populärwissenschaftlicher" Literatur kam mir das noch nicht unter.

Disziplin! - zurück zur Erkenntnis:

Die Suche nach der großen vereinheitlichten Theorie zielt darauf ab, für verschiedene Beobachtungen nicht länger verschiedene -mitunter einander ausschließende- Theorien verwenden zu müssen. Der Hauptwiderspruch besteht zwischen den Theorien des Makroskopischen und des Mikroskopischen (Subatomaren). Dieser führte z. B. zu dem Befund, dass die makroskopische Theorie den Urknall als Beginn des Universums zwar forderte, sie selbst ihn aber nicht abbilden konnte.

Der letzte Stand der Erkenntnis: Die Stringtheorie. String? - Ja, ein Teilchen mit der Dimension 1. Aber noch wichtiger: Der Urknall war kein "Ur". Davor gab es eine Kontraktion. Es dehnt sich aus und zieht sich zusammen. Und immer so weiter. Bis es sich mal mit einer Unsymmetrie ausdehnt, von der es kein Zurück mehr geben wird.. (vielleicht so wie bei der Eurokrise..).

Aber vielleicht bringt uns im Laufe des Jahres ja auch Gaja neue Erkenntnisse. Dieser Satellit wurde am 19. Dezember mit einer Sojus in Richtung einer Position geschossen, von der aus er 1 Milliarde Sterne dreidimensional kartographieren wird.