[English translation pending..]
Das ist mein erster Artikel. Er ist in der Ethereum-Blockchain verewigt. Niemand, außer mir, kennt die 12 geheimen Worte (Seedphrase), um mit Bearbeitungsrechten auf dieses Werk zuzugreifen. Das ist mathematisch gesichert und überprüfbar im offenen Quellcode (nicht, dass ich dazu die Kompetenzen hätte, aber ich konnte auch Auto fahren, bevor ich die Funktion vollends verstand).
Er soll als Referenz für künftige Artikel und Diskussionen zum Thema Klimakollaps und Faschismus dienen. Ich werde versuchen, Fachbegriffe zu meiden und eine für alle verständliche Sprache zu verwenden. Dieses Problem geht uns alle an.
Ich bin Photoniker, durfte Licht studieren. Davor habe ich u.A. als Nachhilfelehrer für naturwissenschaftliche Fachbereiche gearbeitet und war in der Forschung aktiv. Hier möchte ich mein subjektives Verständnis von Entropie teilen, weil klassische Physikliteratur die didaktische Vermittlung meist in den Hintergrund stellt und Schulphysik diesem Thema komplett aus dem Weg geht. Es geht hier also in erster Linie um dein Verständnis, als um ein realitätstreues Modell. Entropie war für mich ein physikalisches Konzept, das ich mir nicht irgendwie im Selbststudium herleiten konnte. Es ist zu unintuitiv.
Wahrscheinlich darf man ganz allgemein sagen, dass sich in der Geschichte des menschlichen Denkens oft die fruchtbarsten Entwicklungen dort ergeben haben, wo zwei verschiedene Arten des Denkens sich getroffen haben.
- Werner Karl Heisenberg
Entropie: Die reinste Quelle für Unvorhersehbarkeit.
Trotzdem ist sie eine fundamentale Mechanik. Es soll also nicht um Meinung oder Perspektive gehen, sondern um nicht weniger als den Stoff, der unsere Realität formt. Das Verstehen und Beherrschen dieser Gesetze führte die Menschheit aus der Höhle zum materiellen Wohlstand, den wir inzwischen sehr schätzen. Physiker:innen zahlten für diese Errungenschaften zu Lebzeiten oft einen sehr hohen Preis, denn Fortschritt ist auch immer ein Angriff auf gegenwärtige Machtverhältnisse.
Aber was genau ist Entropie?
Um sich dem Konzept der Entropie anzunähern ist es hilfreich, sich den Energieerhaltungssatz in der Praxis anzuschauen. Er besagt, einfach gesagt, dass Energie immer irgendwo sein muss. Damit kann man sich ja heutzutage recht gut identifizieren.
Nehmen wir einen Flummi und lassen ihn aus einer bestimmten Höhe auf einen sehr harten Boden fallen. Was wird passieren? Er springt wieder hoch, aber nie so hoch, dass wir ihn in der selben Höhe wieder aufgreifen können, aus der wir ihn fallen ließen. Warum?
In der Theorie lassen sich diese Verluste der Einfachheit halber auf Null reduzieren, in der Praxis jedoch nicht. Unter keinen Umständen. Hier erkennt man die Mechanik, die ich in diesem Artikel ausleuchten möchte. Und einige werden sich erinnern, dass sie in der klassischen Schulphysik meist von Anfang an komplett verworfen wird.
Schauen wir uns dieses Gedankenexperiment aus energetischer Perspektive an:
Am Anfang gibt es eine Höhenenergie. Diese ergibt sich aus dem Gewicht des Flummis und dem Abstand vom Fußboden. Physiker*innen würden von potentieller Energie sprechen: Man sieht dem Flummi nicht an, dass er gerade mehr Energie hat, als wenn er auf dem Boden liegen würde. Auf einem ausgedachten Flummi-Porträt könnte man diese Energie nicht sehen, sie ergibt sich aus dem Umfeld (genauer: der als Gravitation wahrgenommenen Raumzeitkrümmung und dem Abstand zur erzeugenden Gegenmasse).
Zur ‘Halbzeit’, also wenn der Flummi gerade den Boden berührt, ist es anders. Er ist elastisch verformt. Man würde in einer Momentaufnahme sehen, dass an diesem Zeitpunkt kein stabiler Zustand herrscht. Würde man die Materialeigenschaften des Flummis kennen, könnte man aus der annähernd elliptischen Verformung bestimmen, wie viel Energie sich in ihm befinden muss. Hier sprechen wir von kinetischer Energie. Diese Energieform ist rein intrinsisch, also unabhängig von dem, was gerade in der Umgebung des Flummis sonst noch passiert. Sie ist nicht nur potentiell da, sie ist buchstäblich gerade dabei, Arbeit umzusetzen. Wurde auch von uns kurz vorher freigesetzt, als wir ihn fallen ließen.
Am Ende des Experiments halten wir den Flummi dann wieder in der Hand, nur in einer etwas niedrigeren Höhe. Es ist also Energie durch seine “Reise” verloren gegangen. Wir haben nun aber wieder ein stabile Energieform. Könnten ihn so in einen Schrank legen und die restliche Höhenenergie nutzen, wann wir wollen. Zeitinvariant. So weit, so trivial.
Wir kommen den Gesetzen der Entropie nun auf die Schliche, wenn wir uns gedanklich mit der Energie beschäftigen, die verloren ging. Sie muss ja, nach der anerkannten Energieerhaltung, jetzt irgendwo sein. Relativ schnell kommt man dann auf Wärme. Und tatsächlich: Der Flummi ist wärmer geworden. Einen großen Teil der Energie haben wir in zusätzliche Wärme der Flummimasse und der umgebenden Luft umgewandelt.
Hätten wir den Flummi endlos hüpfen lassen, hätten wir allmählich die gesamte Energie in Luft- und Flummiwärme umgewandelt, bis er zur Ruhe gekommen wäre.
Aber: Misst man die hinzugefügte Wärmeenergie genau aus, bemerkt man, dass man immer noch etwas Energie suchen muss.
Hier kommt Herr Wilhelm „Willy“ Carl Werner Otto Fritz Franz Wien ins Spiel.
Er beschäftigte sich mit Wärmestrahlung und bekam für seine Forschung im Jahre 1911 den Nobelpreis für Physik. Du ahnst es schon: Ein Teil der Energie ist mit Lichtgeschwindigkeit in die Unendlichkeit geflüchtet (diffundiert). Herr Wilhelm Wien erkannte, dass jeder Körper mit Temperatur immer auch Wärmestrahlung abstrahlt. Undzwar intensiver, je höher die Temperatur. Dafür formulierte er seinerzeit das Wien’sche Verschiebungsgesetz, das in folgender Grafik dargestellt ist.
In der Grafik sieht man, wie fünf unterschiedlich hohe Temperaturen zu unterschiedlichen Abstrahlungsprofilen führen (dunkelblaue, durchgezogene Linien). Man sieht auch, dass man mit dieser Formel auf die Temperatur eines (entfernten) Körpers schließen kann, wenn man messen kann, welche Lichtwellenlänge am intensivsten abgestrahlt wird (in gelb).
Wenn du zufällig Stahlschmied bist, ist das wohl nichts Neues für dich: Sie bestimmen seit Jahrhunderten die Temperatur eines Werkstücks an der Farbe des Glühens. Hier wurde dieser Zusammenhang nur erstmals genau verstanden.
Wichtig für unser Gedankenexperiment ist an dieser Stelle, dass die Wärmeabstrahlung immer stattfindet, auch in Bereichen, in denen wir Menschen das Licht nicht wahrnehmen können. Wir nehmen das Licht nur in einem kleinen Bereich, zwischen Blau und Rot wahr. Die tatsächliche Bandbreite ist aber viel größer.
Die Lichtrezeptoren unserer Augen sind genau auf die Wärmestrahlung der Sonne abgestimmt.
Die Energie, sobald freigesetzt, wird also immer zu einem Teil in alle Richtungen diffundieren und lässt sich im Zweifel auch nicht von einem Vakuum aufhalten. Die gesuchte potentielle Flummi-Energie aus unserem Gedankenexperiment reist also zu einem Teil gerade ins Weltall. Oder verteilt sich in Lichtgeschwindigkeit durch den Raum, denn Wärmestrahlung kann, sofern absorbiert, wieder Wärme induzieren, die sich dann wieder in schwächere Wärmestrahlung aufteilt und das ginge dann lange so weiter.
“Die Zahnpasta geht nicht wieder zurück in die Tube”
Es zeigt sich: Es gibt keinen Weg, diese verlorene Energie wieder in eine nutzbarere Form (im Sinne des ursprünglichen Prozesses) zu verwandeln. Denn dafür müssten wir mehr Energie (und Zeit) aufwenden, die auch wieder in die Unendlichkeit diffundieren würde. Ein unumgehbarer Energiezoll.
Die Lehre ist, dass wir gar nicht versuchen sollten, hochentropische Energieformen wie Abwärme energetisch aufzuwerten, ohne dafür auch wieder relativ große Mengen Energie verwerfen zu müssen (Stichwort E-Fuels). Und dass wir aufhören können, das Perpetuum mobile zu konzeptionieren, denn es widerspricht den fundamentalen Gesetzen und allem, was wir in der Physik wissen und anwenden.
Das Deutsche Patent- und Markenamt kommt auch zu diesem Schluss und nimmt keine Anträge auf Patentierung eines Perpetuum mobiles, oder ähnlicher Schwerkraft-zu-Energie-Technologien an. Wohl aus Zeitgründen.
Es ergibt sich bei etwas längerer Betrachtung dieser Gesetze auch eine Art Rangordnung der Energieformen und ihrer Qualität/Nutzbarkeit. Wärme ist dabei als Energieform für industrielle Prozesse nahezu wertlos. Zwar wirkt sich die oft angestrebte “Betriebstemperatur” meist prozessfördernd aus, ist sie trotzdem ein Zeichen von Effizienzeinbußungen.
Entropie ist also eine Tendenz der energetischen Unordnung, die immer mit Umsetzung von Energie einhergeht und sich normalerweise langfristig in die unendlichen Weiten des Weltalls verflüchtigt. Oder: Energie wird sich zu einem Teil immer unkontrolliert verflüchtigen, wenn sie umgesetzt wird.
“Das ist doch unnützes Wissen.”
War bis jetzt immer egal, warum sollte das nun wichtig sein? Wir haben mit der Sonne eine “Energie-Flatrate”. Und falls die emittierte Entropie da draußen jemanden stört, kann sie oder er sich ja bei uns melden.
Damit sind wir bis jetzt gut gefahren.
Es gibt aber ein Problem, das von Wissenschaftlern nach Zeitungsberichten schon vor über 100 Jahren erstmals geäußert wurde. Trotzdem werden Menschen, die darauf hinweisen von der Gesellschaft oft eher belächelt. Am Earth-Day diesen Jahres (2022) setzte sich ein Naturwissenschaftler, sein Name war Wynn Bruce, vor dem US-Amerikanischen Supreme Court selbst in Brand. Ich würde das nicht so sehen, aber in Teilen der Welt wird diese Praxis als letzte dem Individuum mögliche Protestform angesehen.
Es wurde allgemein wenig bis gar nicht darüber berichtet. Wenn, wurde er in den Medien als krank bezeichnet.
Das Problem, auf das diese Menschen verzweifelt aufmerksam machen wollen ist, dass der Kohlenstoff, der so gut geeignet ist, um die Energie der Sonne potentiell zu speichern und der den Kreislauf des Lebens zu einem großen Teil ausmacht, in seiner gasförmigen Erscheinung, also CO2, diese Entropieabstrahlung unserer Atmosphäre blockiert.
Es kommt also niederentropische, gut nutzbare Energie, in sichtbarer Wellenlänge ungestört in unsere Atmosphäre, aber wenn diese dann umgesetzt und höherentropisch geworden ist, kann sie die Atmosphäre immer schlechter verlassen, je höher die CO2 Konzentration in unserer Luft ist. Sie wird zur Erde rückreflektiert. Es kommt so langfristig zu einem Wärmestau.
Wissenschaftler*innen bezeichnen diese Mechanik als Strahlungsantrieb.
Mit fossilen Energieträgern erhöhen wir diese Entropieblockade und führen gleichzeitig Entropie aus potentiellen, zeitinvarianten Speichern hinzu. Das Verbrennen eines Liters Benzin erzeugt beispielsweise 2,37 Kilogramm CO2. Wir holen unseren Nachfolgegenerationen so den Wärmetod nach Hause. Es wurde in der Vergangenheit von den Verantwortlichen offenbar alles darauf gesetzt, dass dieser Effekt keine Auswirkungen auf das Leben auf der Erde haben wird, oder von künftigen Technologien umgekehrt werden kann. Darüber streitet man teilweise noch heute. Doch wir kennen die Antworten längst. Es sind aus naturwissenschaftlicher Perspektive glasklare Scheindebatten.
Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen Generationen die natürlichen Lebensgrundlagen und die Tiere im Rahmen der verfassungsmäßigen Ordnung durch die Gesetzgebung und nach Maßgabe von Gesetz und Recht durch die vollziehende Gewalt und die Rechtssprechung.
- Grundgesetz der Bundesrepublik, Artikel 20a
Das ist nach meiner Interpretation eins der Kernargumente aller Klimaaktivist:innen. Und der Grund, warum Klimaproteste nach Einschätzung von vielen Expert:innen immer und in jeder gewaltfreien Form im Rahmen der verfassungsmäßigen Ordnung geschützt sind.
Wir müssen unsere Prozesse auf globaler Ebene optimieren und unsere Gesamteffizienz drastisch steigern, uns abwenden von fossiler Energie, entgegen den konservativen Interessen, die uns erzählen, dass alles optimal ist, wenn die Kurse am Finanzmarkt steigen.
Wir dürfen dabei niemanden vergessen.
Das Wissen um quantenphysikalische Wechselwirkungen führte uns als Land in ungeahnten Wohlstand, beispielsweise dank des CO2-Lasers. Als effizientester Laser war er jahrzehntelang das “Zugpferd” der industriellen Metallbearbeitung, ermöglichte unserer Industrie verschleißfreie, prozessierbare, kontaktlose und mikrometergenaue Bearbeitung von fast allen möglichen Blechen. Wir haben gut daran verdient, es wird höchste Zeit, auch die Verantwortung zu übernehmen, die mit diesem Wissensstand einhergeht.
Der Wohlstand der Vergangenheit darf dem der Zukunft nicht länger im Wege stehen.
Danke, dass du meinen Artikel gelesen hast, ich hoffe, er hat dir gefallen. Teile ihn gern mit Freunden, ich freue mich über jede Unterstützung. Dazu gehört natürlich auch begründete Kritik.
