Achim H. Pollert: Was die Welt zusammenhält

Achim H. Pollert (*) über das, was sich der Einstein so gedacht hat III /// — ///

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Was ist die bekannteste physikalische Formel?

Klar.

e = m * c2

Auch als „die Einstein-Formel“ bekannt. In Comic-Heftchen, bei strebenden Schülern im Leistungskurs Mathematik u.s.w. gerne auch verwendet als Synonym für sensationelle Genialität. Von mittelmässigen Physiklehrern dafür eher vorsichtig gemieden und mit allgemeinen, meist unzutreffenden Kommentaren aus dem einen oder anderen Trivialmagazin bedacht.

Schwieriger wird es bei der Frage, was diese Formel denn eigentlich bedeutet.

„e“ steht für „die Energie“.

„m“ steht für „die Masse“.

Und „c“ steht für „die Lichtgeschwindigkeit“.

Was heisst das?

Wenn ich von der klassischen Mechanik ausgehe, dann gibt es da die Formel „f = m * a“. Also: Kraft (f) ist Masse (m) mal Beschleunigung (a). Was das heisst, ist einfach zu erklären. Stelle ich mir die Masse einer Gewehrkugel vor, dann wird die davon ausgeübte Kraft eher gering sein, wenn ich die von Hand an ein Holzbrett werfe. Wird diese Kugel dann aber entsprechend beschleunigt mit einer Sprengstoffzündung, dann übt sie genug Kraft aus, um nicht nur einen Baumstamm, sondern auch eine Stahlplatte zu durchschlagen.

Aber…

Energie (e) ist gleich Masse (m) mal das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (c2).

Kann man sich darunter etwas vorstellen? So wie bei der Gewehrkugel? Was soll ich damit anfangen? Die Lichtgeschwindigkeit – knapp 300,000 km/s – mit sich selbst malgenommen und dann mit einer Masse multipliziert, ergibt die Energie…

Nicht wirklich praktisch brauchbar, um am Ende etwa auszurechnen, wieviel Sprit ich verbrennen muss, um ein vierzig Tonnen schweres Flugzeug bei welchen Wetterverhältnissen vom Boden abheben zu lassen.

Aber kann ich mir wenigstens irgend etwas darunter vorstellen? Kann ich mir ein Bild davon machen, was das zu sagen hat?

Tatsächlich ist diese Einstein-Formel zunächst einmal weniger geeignet, um etwas im Alltag auszurechnen. Vielmehr beschreibt diese Formel ein bestimmtes naturgesetzliches Verhältnis dar – was häufig bei den Gleichungen der theoretischen Physik der Fall ist. Die Relativitätstheorie Einsteins, die sich grossenteils mit dem Wesen der Masse befasst, beschreibt hier das Verhältnis zwischen Masse und Energie.

e = m * c2 – das besagt zunächst einmal, dass in einer Masse ungeheuere Mengen an Energie stecken. Um zu erfahren, wie viel Energie in einer Masse steckt, muss diese mit einem extrem hohen Wert – dem Quadrat der höchstmöglichen Geschwindigkeit – multipliziert werden. Also steckt selbst in der kleinsten Masse eine unvorstellbare Energiemenge.

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Alles um uns herum – unser eigener Körper eingeschlossen – bedeutet auch Energie. Grosse Mengen von Energie.

Das sehen wir im Alltag am besten an unserer Sonne. Das Zentralgestirn ist gross, zugegeben. Aber dass diese Masse vor vielen tausend Millionen Jahren zu brennen begann, seitdem in bekannter Menge Licht und Hitze und Strahlung abgibt, das ist irgendwie schon nicht richtig vorstellbar. Wenn wir den Vergleich zu einem konventionellen Feuer am Grillplatz ziehen, dann übersteigt dieser Gedanke eines während Jahrmilliarden lodernden Megafeuers wohl die Grenzen unseres begrifflichen Denkens.

Eine permanente Wasserstoffexplosion, zusammengehalten von der Gravitation der eigenen Masse, die über viele Milliarden Jahre anhält. Und erst wenn diese Masse nach und nach vermindert wird, wird sich das Feuer ein wenig beruhigen. Dann wird sich die Sonne ausdehnen. Und das Feuer, das dann in ihr brennt, wird rot leuchten und nicht mehr ganz so heiss sein.

Als sogenannter roter Riese wird die Sonne dann die inneren Planeten des Sonnensystems verschlingen und der Erdumlaufbahn zumindest so nahe kommen, dass drei Viertel des heutigen Himmels von ihr bedeckt sein werden.

Aber keine Sorge. Das wird erst in mehreren hundert Millionen Jahren eintreten. Und da wird dann wegen der widrigen Lebensumstände hier unten ohnehin kein Lebewesen mehr vegetieren, das dies alles zur Kenntnis nehmen könnte.

Und wo ist die Energie?

Also in der Tat unvorstellbare Energiemengen, die da in der Masse stecken.

Wo aber steckt eigentlich diese Energie genau, wenn wir von „normalen“, irdischen Umständen reden? Die Erde hat eine Masse. Jedes Lebewesen hat eine Masse. Alles, was uns in der dinglichen Welt umgibt, hat eine Masse.

Wo ist da eigentlich diese beachtliche Energie „versteckt“?

Wie kann im Wasser eine Unmenge an Energie enthalten sein, während aber Eis nur schmilzt, wenn Wärme zugeführt wird? Warum schmilzt der Gletscher nicht alleine schon auf Grund der Unmenge an Energie, die in seiner Masse enthalten ist? Und wieso fängt der Ozean nicht zu kochen an und geht in Wasserdampf über? Und so weiter.

Tatsächlich geht es um die Kraft, die im Atomkern steckt.

Eigentlich ist auch das eine ganz einfache Feststellung.

Alles, was wir in der dinglichen Welt wahrnehmen, besteht aus Atomen. Nun ist es so, dass die Kerne dieser Atome positiv elektrisch geladen sind. Deshalb auch ist das Atom als Ganzes stabil, weil die positiv geladenen Kerne und die negativ geladenen Elektronen der Atomhülle sich gegenseitig anziehen.

Aber: Wenn der Kern des Atoms positiv geladen ist, müsste er eigentlich wohl auseinanderspringen. Gleiche elektrische Ladungen stossen sich ab. Somit stellt der Atomkern gedanklich etwa zwei Magnete dar, die mit dem Pluspol aneinanderliegen und trotzdem fest aneinander haften, obwohl sie sich abstossen müssten.

Daraus ist zu schliessen, dass es eine zusätzliche Naturkraft geben muss, die sehr stark ist und die den Kern des Atoms zusammenhält. Eine Kraft, die stark genug ist, um auch die stärksten Magnete aneinander zu zwingen. Denn nur mit so einer Kraft ist es möglich, dass der Atomkern – und damit unsere ganze dingliche Welt – stabil bleibt und fortlaufend existiert.

Die Kernkraft..

Dort stecken all die Unmengen an Energie, die auch schon einer kleinen Masse entsprechen. Und tatsächlich ist der Atomkern auch der wesentliche Sitz der Masse un Atom.

Nur eben: die Elektrizität kann ich ganz einfach persönlich erfahren. Wenn ich eine Lampe an der Decke anschliesse und vergessen habe, die Sicherung herauszunehmen. Ebenso kann ich die Gravitation ganz persönlich erfahren. Wenn ich etwa – nachdem es mir an der Decke am Lampenanschluss eins gewischt hat – den Halt auf meiner Leiter verliere und auf den Boden knalle…

Aber die Kernkraft, die in unglaublicher Stärke den Atomkern zusammenhält, kann ich persönlich nicht unmittelbar erfahren. Ich kann sie nicht in einem Versuchsaufbau einer staunenden Schülerschar vorführen. Ich kann sie nicht als Zauberkünstler geschickt einsetzen, um mein Publikum fassungslos zu verblüffen.

Ich kann sie eben nur auf Grund von – recht einfachen – vernünftigen Erwägungen vorhersagen. Sie muss da sein, weil sonst das Ganze nicht funktionieren würde.

Und deshalb auch der Gedanke, recht kurze Zeit nach der Formulierung der Einstein-Formel und der Klärung der Verhältnisse auf der atomaren Ebene: Wenn es gelingen würde, den Atomkern zu spalten, dann würde diese ungeheuere Kraft, die diesen Kern zusammengehalten hat, frei werden. Diese plötzliche Freisetzung solcher Kräfte hätte zum Beispiel unermessliches Zerstörungspotential.

Das Ende der Welt

Ein gewaltiger Lichtblitz. Ein alles verschlingender Feuersturm. Ein enormer elektromagnetischer Puls. Dahinter in der Folge Druckwellen, schlimmer als der schlimmste Wirbelsturm. Das würde stattfinden, wenn man auch nur die Kernkraft von wenig Masse durch Spaltung freisetzen könnte.

Möglicherweise auf Grund von tollpatschigen Bemerkungen von Wissenschaftlern, die unter Hitler in Deutschland geblieben waren, befürchteten einige Wissenschaftler, die nach Amerika emigriert waren, in Nazi-Deutschland würde man an einer auf dem Prinzip der Kernspaltung beruhenden Bombe bauen. Gar keine Hilfe dabei sind wohl auch die in Deutschland umhergehenden Gerüchte gewesen von den unglaublichen Wunderwaffen, die Hitler noch in der Reserve hätte.

Das führte dazu, dass die USA ihrerseits diese Bombe bauten.

Der Rest ist Geschichte.

Die Einstein-Formel stimmt. Und zwar gleichgültig, ob es sich nun um die Kernfusion handelt, wie sie von Natur aus in der Sonne stattfindet, oder um die Kernspaltung, wie sie in der Atombombe oder im Kernkraftwerk bewerkstelligt wird.

In einer Masse stecken unvorstellbare Mengen an Energie.

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Über textepollert

Achim H. Pollert Autor, Publizist, Berater; Schwerpunkte: Wirtschaft, Psychologie, Wissenschaft, Personalwesen, Geschichte/Politik; lebt in der Schweiz und Frankreich; spricht Deutsch, Englisch, Französisch fliessend
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