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Theorie und Praxis

Abstrakt

Lassen sie uns einmal gemeinsam etwas nachdenken... Fidel Castro

Mit diesen Worten begann Präsident Fidel Castro eine 6-stündige Rede vor dem kubanischen Parlament. Ich frage mich, ob man ihn nun für diese Ausdauer bewundern, oder lieber die Parlamentarier wegen ihres strapazierten Sitzfleisches bedauern sollte. Keine Sorge! Ich beabsichtige nicht, sie ebenso lange hier festzuhalten. Mein Interesse gilt hier dem Versuch einige der geläufigen Theorien darzulegen, um ihnen zu zeigen, wohin die Entwicklung in Zukunft gehen könnte und es Ihrer Phantasie zu überlassen zu entscheiden, wie die Zukunft aussehen wird. Ich erhebe keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit, noch behaupte ich, dass auch nur eine Zeile der folgenden Theorien in jeder Hinsicht korrekt sein muss.

Das Medium der Zukunft: Licht!

Wer bisher glaubte, die Zukunft würde von Computern bestimmt werden, den muss ich leider enttäuschen - nun ja. Nicht völlig. Sagen wir, die Rechner der Zukunft sehen 'etwas' anders aus als heute.

Fakt ist: Es gibt das Kabel, es gibt erste optische Bauteile und die möglichen Übertragungsgeschwindigkeiten sind so zu bemessen, dass ein gesendetes Signal praktisch im gleichen Moment sein Ziel erreicht, in dem es abgeschickt wurde. Zur Zeit werden Daten noch über Glasfaser übertragen. Neue optische Verstärker werden innerhalb der nächsten 10 Jahre elektrische Verstärker (ein Prototyp dieses Verstärkers wird zur Zeit in Jena entwickelt) ablösen und weitere optische Bauelemente werden es in den nächsten 25 Jahren möglich machen, Rechner mit Hilfe optischer Elemente zu bauen. In den nächsten 50 Jahren ist mit neuen Formen der Datenübertragung zu rechnen. Möglich ist dies mit Hilfe des 'Tunneleffekts'. Bei diesem Vorgang werden Photonen bestimmter Wellenlänge zur Datenübertragung genutzt. Ein Medium wird mit diesen Photonen beschossen. Durch die Energieverschiebung innerhalb des Mediums wird an der Austrittsstelle die gleiche Menge Energie in Form eines Photons emittiert.

Bis vor kurzem hielten einige Wissenschaftler diesen Effekt noch für den Schlüssel zum Transport von Materie - Teleportation ... verabschieden sie sich von dieser Idee. Jedenfalls für den Moment. Zumindest dieser Effekt hat mit dem Transport von Materie nichts zu tun.

Kernfusion

Alle reden darüber, keiner macht es. Entschuldigen sie diese Witzelei - aber mal ehrlich. Lange genug basteln wir doch eigentlich schon daran, richtig? Woran liegt es denn... Zunächst: es gibt Prototypen von Fusionsreaktoren.  Überraschung? Sie lesen wenig Zeitung oder? Ein erster kommerzieller Prototyp eines Reaktors soll in den nächsten Jahren voraussichtlich in Südfrankreich gebaut werden. Allerdings produziert so ein Reaktor nicht sofort Strom. Zum "Starten" der Kernfusion braucht man erst einmal eine kleine Starthilfe. Ein anderes Problem; diese Konstruktionen werden 'verdammt' heiß. Der Grund ist die große Temperatur und der hohe Druck der erzeugt werden muss. Ähnlich, dem Inneren der Sonne. Damit das Ganze nicht als rauchende Ruine im Boden versinkt, müssen diese Temperaturen ausreichend von der Umwelt abgeschirmt werden. Das scheint man inzwischen im Griff zu haben. Werfen wir dennoch einen Blick auf die zugrunde liegende Theorie.

Was sie wissen zunächst einmal wissen müssen: Temperatur und Druck beeinflussen sich wechselseitig. Je höher der Druck bei konstanter Temperatur desto höher die Verdichtung. Je höher die Verdichtung, desto höher ist die Chance, dass Teilchen wirksam zusammenstoßen. Umgekehrt: je höher die Temperatur bei konstantem Druck umso schneller bewegen sich die Teilchen. Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto höher auch hier die Wahrscheinlichkeit einer wirksamen Kollision. Gleichzeitig aber: je schneller die Bewegung desto größer der Expansionsdruck des System, der dem Außendruck entgegenwirkt und umgekehrt je größer der Druck von außen, desto mehr erhitzen sich die Teilchen. Das bedeutet im Endeffekt: wenn sie den Druck erhöhen können, können sie im Gegenzug die Temperatur senken und umgekehrt. Aber nur bis zu einem gewissen Grad.

Überlegen wir uns nun im Modell, wie wir eine Kernfusion auslösen können ... ich habe das hier schon einmal für sie vorbereitet. Nein - keine neue Folge der Hobbythek, sondern eine Theorie: angenommen, jede Kraft erzeugt eine Gegenkraft, weiter angenommen, ein Feld sei eine Unterteilung eines Raumes in (unendlich kleine) Abschnitte gleicher Kraftwirkung. Dann schließen wir daraus: zu jedem Feld existiert ein entgegengesetzt wirkendes 'Gegenfeld'. Was nützt uns das? Nun - wodurch entsteht Kraftwirkung? Durch Kollision eines Körpers mit einem anderen und einer Energieübertragung infolge dieses Zusammenstoßes. Was ist dann ein Feld? Eine Unterteilung, die angibt, wie hoch die Wahrscheinlichkeit einer solchen Kollision in einem bestimmten Abschnitt des Raumes ist. Wie erzeugen wir also unseren Druck? Wir erhöhen diese Wahrscheinlichkeit: wir beschießen die Atome. Das geht auf zwei Arten: erstens mit größeren Teilchen. Diese würden unsere Atome 'anschubsen' und damit zusammendrängen. Es entstünde unser gesuchter Druck. Zweitens mit kleineren Teilchen: diese würden bei einer Kollision fast alle ihre Energie abgeben und das Atom so 'aufheizen'. Beide Betrachtungsweisen sind so banal wie blauäugig (weil natürlich nicht vollständig und halten keiner genaueren physikalischen Betrachtung stand) , zeigen uns aber, dass es nicht das Problem ist, es zu tun, sondern zu entscheiden wie und womit.

Ich kann nicht behaupten, ihnen einen Fusionsreaktor im Detail erklären zu können, aber zumindest den theoretischen Aufbau will ich kurz erläutern... im Grunde genommen scheint es sich im Moment um ein ähnliches Konzept wie bei Teilchenbeschleunigern zu handeln. Über einen Injektor in das System eingebrachte Teilchen werden in einem ringförmigen Tunnel stark beschleunigt. Die Beschleunigung und der nötige Druck werden durch Magnetspulen erzeugt, welche auch gleichzeitig für die Abschirmung sorgen und die Teilchen "auf Kurs" halten. Durch die kontrollierte Kernfusion erhält man Energie in Form von Wärme und Licht. Die Kernfusion ist deshalb so ungefährlich, weil sie sobald eines der Systeme komplett ausfällt oder der Reaktor zerstört wird von selbst endet - anders als bei herkömmlichen AKWs. Mit dieser Energie wird eine Flüssigkeit erhitzt, welche im Sinne der guten alten Thermodynamik eine Turbine antreibt die anschließend Strom erzeugt. So in etwa könnte es ablaufen. Allerdings können sie die Details - sofern sie sich dafür interessieren - direkt den Websites der jeweiligen Betreiber entnehmen, welche das Thema besser aufbereitet haben als mir das mit ein paar Zeilen möglich ist und ich erhebe deshalb keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Und Einstein hatte unrecht

Zu provokativ? Sagen wir, man hat ihn falsch verstanden. Wie wir inzwischen wissen, ist der Gedanke, nichts könne sich schneller als das Licht bewegen, kompletter Humbug. Beispiel? Das Tachion ... dieses Teilchen bewegt sich teilweise mit 3facher Lichtgeschwindigkeit. Widerspricht das nun der These, wie sie Dr. Einstein seinerzeit aufgestellt hat? Antwort: Nein. Denn diese Geschwindigkeit erreicht das Teilchen bei einer Temperatur von 0 Kelvin... Laut Einstein könnten Körper schneller als das Licht sein, wenn ihr Gewicht gegen 0 geht. Nun - was ist aber das Gewicht? Das Gewicht ist etwas blauäugig, eine Einheit für den von einem Körper auf einen Testkörper ausgeübten Druck. Druck ist die Folge von Anziehung - von Bewegung. Betrachten wir das Gewicht eines Körpers betrachten wir also eine relative Größe, da sie von einer Kraft abhängt, die den Körper anzieht. Was ist die Temperatur eines Körpers? Wieder etwas blauäugig: eine Einheit für die von einem Körper ausgeführte Schwingung. Was wir dabei messen ist, wie stark ein Testkörper durch den Zusammenstoß mit den Teilchen des anderen Körpers in Schwingung versetzt wird. Deshalb ist eine solche Messung verständlicherweise nie exakt. Nehmen wir an, es existiert ein Körper bei absolut 0 (0 Kelvin), so müssen wir aus dem vorangegangenen schließen, dass dieser Körper keine messbare Schwingung mehr ausführt. Da sich Körper aber gegenseitig beeinflussen (sofern sie eine Masse größer 0 besitzen), wäre dies praktisch unmöglich, es sei denn, sie besitzen keine Masse. Ein solches Teilchen entspricht aber wohl kaum unseren bisherigen Vorstellungen von Materie, richtig? Hier sehen sie, wie schwammig diese Definitionen sind. Die Elementarphysik arbeitet an immer neuen Modellen und bringt immer exaktere (und kompliziertere) Definitionen hervor.

Betrachten wir das Einsteinsche Modell doch einmal etwas anders. Was wäre, wenn man die Bewegung eines Teilchens oder Körpers als Konstante annehmen würde. Wie würden sie eine Beschleunigung unter diesen Bedingungen darstellen? Als Raumkrümmung? Das dürfte ihnen schon etwas bekannt vorkommen. Sie erinnern sich sicher noch an das Modell der Planeten, in dem Kraftwirkung durch Masse als 'Einbuchtung' in einem Gitternetz verdeutlicht wurde. Was nützt uns das? Nun - es ist ein Modell. Es nützt uns zur Zeit noch gar nichts. Experimentieren wie also ein bisschen damit herum. Betrachten wir einen Körper mit einer festen Geschwindigkeit und einen zweiten Körper mit einer zweiten, ebenfalls festen, aber höheren Geschwindigkeit. So ergibt sich folgendes Bild: das 'Gitternetz' ist beim zweiten Körper in unserem Modell 'enger'. Das heißt, der durchquerte Raum ist in der selben Zeiteinheit hier größer als im ersten Fall. Soweit alles klar. Was passiert mit unseren Einbuchtungen? Die sind im zweiten Fall kleiner, weil sich ja das Netz 'zusammenzieht'. Alle? Halt! Hier haben wir einen Fehler gemacht. Eine Masse hat sich vergrößert. Die unseres Körpers! Diese 'Einbuchtung' wurde im gleichen Maße 'tiefer' wie die anderen 'flacher' wurden. Dadurch wird aber im Modell der Raum vor dem Objekt gedehnt. Stellen sie sich vor, dass unser Körper dieses 'Loch' in dem er sich befindet, zunächst überwinden muss. Dieses wird aber mit zunehmender Geschwindigkeit 'tiefer'. Verdeutlichen sie sich dieses grafisch, so erhalten sie eine Kurve, in der sich beides an einer Stelle gegenseitig aufhebt. Hier hat ihre Funktion ein globales Maximum. Ist ihnen jetzt klar, wie man auf die Lichtgeschwindigkeit kommt? Dieses Modell und die Betrachtung ist stark vereinfacht und etwas blauäugig. Wir wollen uns schließlich nur mit Grundlagen befassen. Überlassen wir die komplizierteren Sachverhalte den Profis.

Die absolute Zeit - und Einstein hatte doch recht

Nehmen wir mal an, man hätte Einstein die ganze Zeit falsch verstanden. Der Mensch, der den Schwachsinn in die Welt gesetzt hat, Zeit wäre relativ, gehört meiner Meinung nach (nehmen sie es mir nicht übel) standrechtlich erschossen - was tatsächlich relativ ist, ist die Prozesszeit. Das heißt, die Zeit, in der ein Prozess, wie zum Beispiel eine Schwingung eines spezifischen Kristalls abläuft. Wie kommt man also auf diese absurde Idee? Ganz einfach: was ist denn überhaupt Zeit? Wieder blauäugig: zum Beispiel die Zeit, in der ein harmonisch angeregter Quarzkristall eine bestimmte Anzahl von Schwingungen ausführt (wie zum Beispiel in einer Quarzuhr), oder zum Beispiel, in der eine radioaktive Probe um einen bestimmten Prozentsatz zerfallen ist - dabei wird die Menge der Strahlung gemessen. Wer sagt ihnen denn, dass die hierbei gemessene Zeit tatsächlich auf einem unter jeglichen möglichen Bedingungen gleich schnell ablaufenden Prozess zurückzuführen ist? Teilchenbewegung, chemische Prozesse sind beispielsweise temperaturabhängig, eine Sanduhr ist abhängig von der Erdanziehung ... Keine Uhr geht falsch - die Bedingungen haben sich nur geändert. So gesehen ist diese Zeit relativ.

Die Idee der Zeitreisen ist also zurückzuführen auf eine unzulässige Verallgemeinerung. Es gibt nicht "die Zeit", sondern mehrere "Zeiten". Physikalisch als meßbare Größe, oder philosophisch - so wie wir es aus dem Alltag kennen - als Abfolge von Ereignissen. Die erste Definition erlaubt Zeitreisen, die zweite hingegen nicht. Genau genommen zeigt uns die Philosophie sogar, dass "die Zeit" als solches überhaupt nicht existiert. Sie ist ein künstliches Konstrukt. Wenn die Physik von "Reisen in die Vergangenheit" spricht, meint sie die Rückkehr zu einem früheren Zustand eines beobachteten Prozesses. Das macht die Abfolge von Ereignissen, die bereits geschehen ist, aber nicht rückgängig. Die Physik hat somit lediglich bewiesen, dass jeder Prozess beschleunigt oder verlangsamt und eventuell umgekehrt werden kann. Diese Erkenntnis ansich ist ebenso banal wie unspektakulär. Die Sensation der "Zeitreise" enstand erst indem man diese banale Erkenntnis fälschlicherweise mit dem herkömmlichen Zeitbegriff vermischte.

Lassen sie sich also nicht von abenteuerlichen Fernsehserien ins Bockshorn jagen, die behaupten, die 'Zeit' liefe in der Nähe von Körpern mit großer Masse langsamer ab. Ich entsinne mich hier dunkel einiger langsam abgespielter Tonbandaufnahmen die angeblich schwarze Löcher verdeutlichen sollten... Diese Körper beeinflussen lediglich den Ablauf messbarer Prozesse (die physikalische Größe 'Zeit') - nicht aber das, was wir philosophisch als Zeit betrachten. Um es ganz deutlich zu sagen: wenn Sie in ein schwarzes Loch fallen, werden Sie nicht in der Zeit eingefroren, sondern Sie werden einfach zerquetscht. Und zwar nicht erst in einigen 1000 Jahren, sondern ziemlich zügig.

Zyklische Zeit

Sie kennen den alten Traum der Menschheit? Nein, nicht Batida de Coco und eine hübsche Begleitung am Strand von Malibu. Die Rede ist von Zeitschleifen. Betrachten wir es einmal utopisch und die Zeit als Band. Die Maya haben die Zeit in Zyklen unterteilt. Die Zeit wäre eine Art Spirale. Sie verliefe in Schleifen. Weiter angenommen zu jedem Punkt einer Schleife gäbe es einen äquivalenten Punkt auf einer anderen Schleife. Es klingt zumindest sehr interessant - richtig? Zumindest würde es all' jene Menschen bestätigen, die glauben, in ihrem Leben etwas bereits getan zu haben. Verdeutlichen können Sie sich das wie folgt: alle Prozesse, wie das Schwingen eines Pendels, laufen in Zyklen ab. Jeder Zyklus setzt sich zusammen aus mehreren, kürzeren Zyklen. Zyklen könnte man immer weiter zerlegen, bis auf die Ebene von Mikrozyklen, die so klein sind, dass jede weitere Verkleinerung nicht mehr meßbar wäre. Die Idee ist simpel: wenn man zeigen kann, dass auf der kleinsten Ebene alle Prozesse zyklisch sind, dann müssen auch alle darauf aufbauenden Prozesse zyklisch sein. Die aktuelle Konfiguration des Universums ist dann nichts anderes als die Überlappung der Zustände unzähliger zyklischer Prozesse. Wie das Interferenzmuster unzähliger Wellen in einem Ozean. Das Universum selbst wäre somit zyklisch. Ein zyklisches Universum mit endlich vielen Konfigurationen muss sich in einer unendlichen Zeitspanne früher oder später wiederholen. Wobei es allerdings unmöglich vorhersehbar sein dürfte, wann eine zuvor existierende Konfiguration in exakt der gleichen Weise nochmal eintritt. Wie und auf welche Weise eine Unterteilung in Zyklen vorzunehmen wäre, und wie viel hiervon richtig ist, kann heute noch niemand sagen. Ich weiß nur eines: die Maya halten das Jahr 2013 für das Ende des Schöpfungszyklus... Ihrer Meinung nach, begänne dann alles von neuem - was auch immer das heißt.

Wir sind fehlbar

Ich will Sie nicht länger strapazieren. Wenn Sie Lust haben, sich weiter in diese Materie zu vertiefen, verweise ich Sie hiermit auf die Literatur und hoffe Sie gut unterhalten zu haben. Sollten Sie einen Fehler gefunden haben (Gott weiß ich bin fehlbar) teilen sie es mir mit.

(ac/tom) Diskussion