NZZ Folio 08/91 - Thema: Wege der Schweiz   Inhaltsverzeichnis

Schlüsselsätze -- Von der chaotischen Konsequenz der Wärmelehre

Von Herbert Cerutti

Was Rudolf Clausius, Physikprofessor an den Universitäten von Zürich, Würzburg und Bonn, als «zweiten Hauptsatz der Wärmelehre» formulierte, mag auf den ersten Blick trivial erscheinen. In der Badewanne liegend, erleben wir hautnah das unerbittliche Kühlerwerden des anfänglich so wohlig warmen Wassers. Und keine Macht der Natur kann diesen Vorgang umkehren, also das Badewasser wieder wärmer werden lassen, unter gleichzeitiger Abkühlung des Badezimmers. So bringen wir halt zusätzliche Energie ins Spiel, indem wir nochmals den Heisswasserhahnen aufdrehen. Und ähnlich schlagen wir dem thermodynamischen Schicksal ein Schnippchen, wenn wir das Bier mit Hilfe elektrischer Energie im Kühlschrank vom grässlich lauwarmen Gesöff in eine kühle Herrlichkeit verwandeln.

Der irreversible Lauf thermodynamischer Vorgänge in Raum und Zeit wird im lustigen Unsinn von Filmsequenzen klar, die, rückwärtslaufend, das Wasser aus dem schäumenden Becken wie von Geisterhand den Wasserfall hinaufziehen lassen oder eine Autokarambolage äusserst kostengünstig ungeschehen machen. Wir lachen, weil wir aus Erfahrung von der Unwahrscheinlichkeit solcher Wunder wissen. Und der Physiker würde sagen, beim Aufprall des Wassers im Becken wie auch beim Autounfall sei geordnete Bewegung in ungeordnete, also in Wärme, umgewandelt worden. Dass physikalisches Geschehen aber auch ohne dominierenden Einfluss der Thermodynamik vor sich gehen kann, zeigt der Zusammenprall zweier Billardkugeln. Da hier praktisch keine Wärme entsteht, ist der Vorgang durchaus auch in umgekehrtem zeitlichem Ablauf machbar, weshalb wir eine solche Filmsequenz, rückwärts gezeigt, als ganz normal empfänden.

So trivial der zweite Hauptsatz auf Grund der täglichen Erfahrung erscheint, bei vertiefter Betrachtung eröffnen sich existentielle Dimensionen. Der irreversible thermodynamische Vorgang bedeutet eine Zunahme der Entropie. Und Entropie ist ein Mass dafür, wieviel Information über ein thermodynamisches System fehlt. Denn beim Übergang von Wärme von einem Körper höherer Temperatur zu einem Körper tieferer Temperatur verteilt sich die Wärmebewegung der Moleküle schliesslich auf beide Körper gleichmässig. Physikalisch gesehen geht dadurch die Information, wo die heissen, schnellen und wo die kühlen, langsamen Moleküle sind, verloren.

Informationsverlust ist also naturgegeben. Will man ihm begegnen, muss Arbeit geleistet, zusätzlich Energie investiert werden. Ein Zuwachs an Information bedeutet schliesslich mehr molekulare Ordnung, einen höheren Grad an Struktur - also ein intaktes Auto im Gegensatz zum Schrotthaufen. Das Zusammengehören von Information und Ordnung ist demnach ein Grundprinzip der Natur. Auch wenn man dies mit Blick auf unsere Informationsgesellschaft zuweilen nicht glaubt.

In der Biologie entsteht Ordnung ebenfalls nur unter Energiezufuhr. Die Existenz eines Menschen, seines Körpers, seiner Gene, seines Hirns und seines Denkens ist ein ständiger Kampf gegen den zweiten Hauptsatz der Wärmelehre, ein ständiges Ringen um Informationsgewinn. Und sobald wir im Bestreben nach Ordnung nachlassen, kriecht das Chaos aus allen Ecken. Das Chaos mag eine harmlose Unordnung in Haus oder Büro sein. Es kann aber auch physischen und geistigen Zerfall bedeuten. Oder den Tod. Jenes natürliche Ereignis, das die warme und wohlgeordnete biologische Struktur rasch kühl werden und schliesslich als Gipfel der Unordnung nur Staub übriglässt. Und schon Clausius hat die Klimax allen Sterbens in die Diskussion gebracht, den Wärmetod des gesamten Weltalls. Denn lässt man dem zweiten Hauptsatz nur genügend Zeit, erreicht die Entropie des Weltalls ein Maximum. Dann ist alle Materie gleich warm. Alle Information über die Bewegung der einzelnen Moleküle ist verloren, jede lokale Struktur hat sich im Meer der Unordnung aufgelöst. Es gibt jedoch einen Trost. Die stetige Zunahme der Entropie gilt wohl für das Universum insgesamt. Für ein Teilsystem aber, etwa die Erde oder ein Lebewesen, kann die Entropie abnehmen, wenn sie dafür anderswo zunimmt.

So wird unser Körper einen Teil seiner Entropie durch Energiezufuhr von aussen, beispielsweise in Form von Nahrung, wieder los. Damit vermehren wir unsere biochemische Ordnung unter gleichzeitiger Vergrösserung der Unordnung in der Umgebung. Wir müssen die aufgenommene Energie jedoch wieder loswerden, sonst setzen wir unweigerlich Fettpolster an. Das biologische Ziel von Essen und Trinken ist also nicht der Energiegewinn, sondern der lebenserhaltende Entropieverlust.

Allerdings zaubert der Entropie-Dialog mit der Umwelt unseren privaten Wärmetod nicht weg. Denn es ist nur Chaosbekämpfung auf Zeit. Man kann darüber nachsinnen und allenfalls daran verzweifeln. Man kann sich aber auch mit dem naturgegebenen Schicksal abfinden. Und einige bringen, inmitten des tagtäglichen Kampfes um Ordnung und Überleben, dem auf seine Chance wartenden Chaos sogar leise Sympathie entgegen.


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