Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

absolute Nullpunkt ist eine Schranke, die niemanden passieren lässt. Ein Bahnübergang, der uns für immer verschlossen bleibt. Eine Grenze der Erreichbarkeit, wie die Lichtgeschwindigkeit es ist. Kein massebehaftetes Teilchen kann schneller fliegen als das Licht, auch wenn dazu beliebig viel Energie aufgewendet wird. Ebenso kann kein Teilchen den absoluten Nullpunkt unterschreiten. Null Kelvin ist die absolute Grenze der Kälte.
    Die Ursache führt in die verschleierte Welt der Quantenphysik. Wärme und Kälte sind eigentlich nichts anderes als Aussagen über die Bewegungsenergie von Atomen. Die glühende Herdplatte oder die Oberfläche der Sonne empfinden wir für gewöhnlich als heiss. Das arktische Eis oder das Klima auf der Spitze des Mount Everest dagegen eher als kalt. Die Natur versteht unter Wärme und Kälte aber lediglich Bewegungsenergie. Desto wärmer ein Atom ist, desto schneller bewegen sich seine Teilchen und umgekehrt.
    Diesen Umstand kann man sich mit einem Sprinter verdeutlichen, der im Winter am Rand einer Rennbahn sitzt und im gefrorenen Rasen auf den Start des Rennens wartet. Er friert und sein Körper zieht sich zusammen. Sobald der Startschuss fällt, rennt er los. Sein Körper wird stark beansprucht und benötigt viel Energie, um die schnelle Gangart umsetzen zu können. Solange er rennt, ist ihm warm, er beginnt vielleicht sogar zu schwitzen. Sobald er aber wieder stillsteht und damit keine Bewegungsenergie mehr hat, kühlt sich sein Körper wieder ab und das Frösteln beginnt von neuem.
    Wird ein Stoff auf den absoluten Nullpunkt gekühlt, verliert er seine gesamte Energie. Die Teilchen stehen in diesem Extremfall still. Soweit die Annahme zu der der man intuitiv gelangten könnte. Die Realität erweist sich allerdings als etwas komplizierter. Denn der absolute Nullpunkt ist eine der merkwürdigen Schranken des Universums, die nicht überwunden oder erreicht werden können. Jenseits dieser Schranke wäre eine Welt mit den uns bekannten Naturgesetzen nur sehr widersprüchlich und seltsam zu beschreiben. Der absolute Nullpunkt ist eine weitere Grenzerscheinung am Horizont der Erklärbarkeit.
    Die Quantenphysik und Relativitätstheorie spielen eine Vorreiterrolle, wenn es darum geht, derartige Phänomene zu erklären. Um diese Randerscheinungen aber wirklich in vollem Umfang verstehen zu können, müssten wir wahrscheinlich auf eine bis heute unbekannte Theorie zurückgreifen.
    Tatsächlich können die Teilchen eines Materials nie einem vollkommenen Stillstand unterworfen sein. Die Natur lässt sich nämlich nicht in die Karten schauen. Die Quantenphysik verbietet, dass sich etwas in absoluter Ruhe befinden darf. Selbst am absoluten Nullpunkt bewegen sich die Teilchen eines auf null Kelvin gekühlten Stoffes immer noch mit einer Restenergie. Einer Restenergie, die mit keinem Thermometer der Welt gemessen werden kann, aber nach den Gesetzen der Quantenmechanik existieren muss. Dieses Phänomen wird oft auch als „Nullpunktenergie“ bezeichnet und ist auf die Heisenbergsche Unschärferelation zurückzuführen. Ein wichtiges Prinzip der Quantenphysik, demzufolge der Ort und der Impuls 52 eines Teilchens niemals gleichzeitig messbar sind. Nicht etwa, weil die Geräte oder die Messtechnik dazu nicht im Stande wären, sondern weil die Natur so „gebaut“ ist, wie sie ist. Befinden sich die Teilchen eines Materials aber in absoluter Ruhe, wären der Ort und der Impuls gleichzeitig messbar, wodurch die Heisenbergsche Unschärferelation und damit ein wichtiges Prinzip der Quantenmechanik verletzt werden würde.
Es ist aber durchaus möglich, eine Materie auf fast null Kelvin zu kühlen. Ähnlich, wie es zumindest theoretisch denkbar ist, ein Raumschiff beliebig nahe an die Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Forschern aus aller Welt ist es bereits gelungen, auf Milliardstel Grade an den Kältetiefpunkt heran zu kommen 53 und dabei allerhand eigenartige Phänomene zu beobachten. Phänomene, wie sie immer wieder auftreten, wenn man einen Blick hinter die Schranken der Natur zu erhaschen versucht.
52 Der Impuls ist definiert als das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit.
    Wir erinnern uns: Desto näher ein Raumschiff der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto seltsamer werden die dabei auftretenden Effekte. Effekte wie Zeitdilatation oder Längenkontraktion. Effekte, die uns im Alltag völlig fremd sind. Auch der Nullpunkt scheint in einem Gebiet der Anomalie zu liegen, wobei Anomalie die