Betreut von Anufa
NATuQuTAN

Dieser Mehrteiler ist eine sehr willkommene Spende von Magister Botanicus, der sich mit wissenschaftlich-universitärem Blick dem widmet, was hier im WurzelWerk als FeinStoffliches zu finden ist.  

Physikalische Grundlagen

Definition von materiellen Letzteinheiten

Was ist Materie? Nun…

…allein um nur diese Frage erschöpfend beantworten zu können, gibt es eine unüber­schaubare Menge von Fachbüchern. Ich möchte versuchen, Ihnen diese Grundbegriffe um die es hier bei dieser Definition geht, mit den einfachsten Mitteln zu erklären. Denn diese Defini­tionen brauchen wir später wieder für die ganzheit­liche Betrachtung der Welt.

Als erstes sollten wir uns darauf einigen, dass es tatsächlich materielle Letzteinheiten gibt, was nichts anderes heißt, dass es definierte Teilchen gibt, die nicht mehr geteilt werden können – und da geht es schon los!

Diese Letzteinheiten setzen sich selbstverständlich aus weiteren Einheiten zu­sammen, die mit den Bezeichnungen Quarks, Gluonen (oder Leimteilchen), Flavor´s (oder Geschmacksteilchen) und anderen, noch exotischeren Namen belegt wurden. Diese „Teilchen“ sind experimentell nachgewiesen und existieren tatsächlich – dies soll hier nicht in Abrede gestellt werden. Und rein theoretisch wäre es möglich, dass sich diese Teilchen wiederum aus anderen, noch kleine­ren Teilchen, zusammen­setzen würden usw. usf.

Jedoch nicht in ihrer Eigenschaft tatsächlich Materie oder materielle Letzteinheiten sein zu können!i Quarks, Gluonen oder Flavor`s können nur unter extremsten Be­dingungen und nur künstlich erzeugt werden, z.B. im deutschen Elektronen­sychrotron (DESY). Sie kommen in unserer Welt als frei beobachtbare Zustände der Materie nicht vor! Um es bildhafter zu machen:

Stellen Sie sich bitte vor, alle materiellen Letzteinheiten wären bunt angemalte Murmeln, kariert, uni, gepunktet, geblümt („Hä?“ – der Red.-Elch). Es gibt dann zwar viele unterschied­liche Murmeln (= nicht mehr teilbare Materieteilchen), aber der Lehm aus dem sie gemacht sind (= die Zusammensetzung der intraatomaren Strukturen, Quarks, Gluonen ect.) ist der Gleiche!

Was wären also diese materiellen Letzteinheiten? Es sind z.B. die Kernteilchen eines Atoms, die Elementarteilchen genannt werden. Es gibt mittlerweile einen richtigen und auch so be­zeichneten „Teilchenzoo“, in dem sich vielfältige Vertreter der Elementarteilchen tummeln und mit Namen Leptonen, Hadronen, Neutrinos usw. bezeichnet werden.

Wir wollen uns aber nicht weiter als nötig in die komplexe Welt der Elementar­teilchen und der physikalischen Beschreibungen begeben. Jeder Stoff egal ob fest, flüssig oder gasförmig, besteht aus Molekülen. Diese sind aus Atomen aufgebaut, und deren Baustoff wiederum sind die Elementarteilchen. Wir wollen bei den be­kanntesten dieser Teilchen bleiben.

Die drei wichtigsten Vertreter dieser Gattung möchte ich Ihnen gleich vorstellen: Das elektrisch neutrale Neutron und das elektrisch positive Proton – der Stoff, aus dem die Atomkerne sind. Während diese beiden fast die gleiche Masse haben, um­kreist den Kern das, mit wesentlich geringerer Masse ausgestattete, Elektron. Je nach der Anzahl der Protonen haben im Normalfall die Atome genau die gleiche Anzahl an Elektronen, wobei die Neutronen in ihrer Zahl variieren können. Die verschie­denen Varianten eines be­stimmten Elementes nennt man dann Isotope. Von der elektrischen Ladung her gleichen sich somit Elektronen und Protonen aus und das Atom ist – normalerweise – in einem stabilen Zustand.

Weiterhin – sagen wir mal flapsig und im klassischen Sinne – umläuft den Atomkern das Elektron (oder mehrere Elektronen, je nach Element) in einer elliptischen Um­laufbahn. Diese Kreisbewegung hört niemals auf, nicht einmal in der Kälte des Welt­raumes. Allerdings gibt es nur ganz bestimmte Bahnen, auf welchen Elektronen den Atom­kern umlaufen können – und die dürfen auch nur mit Elektronen in einer ganz bestimmten Anzahl oder in bestimmten Zuständen besetzt sein.

Ganz wichtig ist auch noch, dass Elektron, Proton und Neutron eine sogenannte Ruhemasse haben, d.h. auch wenn sie sich nicht bewegen, haben sie eine Masse. Wie gesagt, normaler­weise ändert sich an dem stabilen Zustand des Atoms nichts, aber durch eine Zufuhr von Energie, die, in welcher Form auch immer, von Außen in ein Atom gelenkt wird, passieren dann abgefahrene Sachen…


Die Definition von Energie

Energie ist jede Form der bewegten Materie!

Als ein Beispiel möchte ich hier die elektrische Energie anführen. Diese Energie wird von Elektronen, den negativ geladenen Teilchen der Atomkerne übertragen. Lassen Sie uns dafür mal in das Kupferkabel eines normalen Haushaltstoaster schauen (Energiefresser!!! – der Red.-Elch), der an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen ist. Toaster aus – kein Stromfluss, Toaster an – Strom fließt.

Und mittels der Begriffe, die ich benutzt habe, ist auch schon das Prinzip, welches hinter der elektrischen Energie steht, erkennbar. Elektrische Energie im Stromnetz, ist wie Wasser, das in ein Röhrensystem geschüttet wird. Macht man dann eine Röhre auf und gießt man oben immer nach, fließt das Wasser.

Nur dass es hier im Kupferkabel die Elektronen sind die Fließen und die Elektronen dies nur tun, weil Kupfer die besondere Eigenschaft hat, ein guter Leiter für freie Elektronen zu sein. Lassen wir also unsere Elektronen in die feinen Glühdrähtchen fließen, die sich im Toaster befinden: Wieder soll Wasser als Modell herhalten. Hatten wir vorher einen dickes Rohr, so ist es jetzt ein Röhrchen, eine haarfeine Kapillaren, durch die das Wasser durch muss. Wenn ich auf das ganze Röhren­system auch noch Druck ausübe, so knallen die Wassermoleküle ständig gegen die Wände des Röhrchens.

Die Elektronen machen das Gleiche, sie geben ihre Bewegungsenergie, die sie von einem Kraftwerk bis in den Toaster gepumpt haben, an den dünnen Draht ab. Dessen Atome nehmen diese Energie auf und die Moleküle des Drahtes fangen ebenfalls an, sich zu bewegen. Nur sie können nicht weg, sie sind in der festen Struktur des Kupferdrahtes eingefangen. Also begin­nen sie damit, hin und her zu schwingen, immer schneller und schneller, um die aufgenom­mene Bewegungs­energie wieder abzugeben. Von außen betrachtet beginnt dadurch der Draht sich zu erwärmen und schließlich zu glühen. Die schwingenden Moleküle des Kupfer­drahtes geben ihrerseits die Bewegungsenergie an die Luftmoleküle weiter. Hinzu kommt, dass Lichtenergie freigesetzt wird in Form von Hitze- oder sog. Infrarot­strahlung.

Ich könnte jetzt endlos weiter machen, wie sich durch die Wärme die chemische Zusammen­setzung des Brotes im Toaster ändert oder dass die erwärmte Luft aus dem Toaster austritt, und zu Erhöhung der Gesamtwärmemenge des Universums beiträgt (die Physiker sagen dazu „…die Entropie wird gesteigert…“

Doch ich möchte Ihnen noch ein anderes Beispiel vorstellen, vor allem weil hier Teil­chen ins Spiel kommen, die keine Ruhemasse besitzen. Einfacher ausgedrückt, wenn diese Teilchen jemals zur Ruhe kommen, sind sie nicht mehr nachweisbar bzw. haben ihre Bewegungs­energie komplett an andere Teilchen übertragen.

Die Fotonen, jene Teilchen, die elektromagnetische Energie transportieren, sind solche Teilchen ohne Ruhemasse. Elektromagnetische Energie oder Strahlung ist z.B. sichtbares Licht, Wärmestrahlung, kann auch Infrarotlicht oder in Form von Röntgenstrahlung auftreten. Fotonen heißen auch Lichtquanten – ein Begriff den ich ab jetzt benutzen werde, der er beschreibt genau das, was sie sind: eine Portion elektromagnetische Strahlung.


Ende Teil II


Magister Botanicus


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