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Freistetters Formelwelt: Die Kraft des Nichts

Eine Maschine, die Energie aus dem Nichts gewinnt, wäre eine wirklich nützliche Erfindung. Es kann sie aber leider nicht geben. Selbst wenn sie auf beeindruckenden Formeln aufbaut.
SchallwelleLaden...

Kürzlich habe ich wieder einmal diese Art von Nachricht in meinem E-Mail-Postfach gehabt. Vermutlich bekommen alle Leute so was, die sich regelmäßig in der Öffentlichkeit zu naturwissenschaftlichen Themen äußern. Mal ist es jemand, der Einsteins Relativitätstheorie widerlegt haben will; mal jemand, der glaubt, die »Weltformel« entdeckt zu haben. Heute war es die Entdeckung eines Perpetuum mobile, einer Maschine, die quasi Energie aus dem Nichts schöpfen kann. Eine durchaus nützliche Erfindung, die aber leider sämtlichen bekannten Naturgesetzen widerspricht.

Das dürfte sich mittlerweile auch in der Szene der pseudowissenschaftlichen Erfinder herumgesprochen haben (die übrigens immer Erfinder und so gut wie nie Erfinderinnen sind), weswegen der alte Begriff »Perpetuum mobile« kaum noch benutzt wird. Stattdessen verwendet man Worte wie »Nullpunktenergie« oder »Raumenergie«. Dazu hat die Physik tatsächlich etwas zu sagen und auch eine entsprechende Formel parat:

Die Gleichung für die Casimir-Kraft zwischen zwei Platten.Laden...

Sie stammt aus der 1948 veröffentlichten Arbeit »On the attraction between two perfectly conducting plates« des niederländischen Physikers Hendrik Casimir. Er beschreibt darin eine Kraft F, die pro Flächeneinheit zwischen zwei in einem Vakuum platzierten Platten wirkt. Die Stärke der Kraft berechnet sich aus den physikalisch-mathematischen Konstanten ħ (dem reduzierten planckschen Wirkungsquantum), c (der Lichtgeschwindigkeit) und π (der Kreiszahl). Sonst taucht in der Formel nur noch a auf, der Abstand zwischen den beiden Platten.

Ist das Energie aus dem Nichts? Je kleiner der Abstand, desto größer die Kraft zwischen den Platten. Nirgendwo taucht hier eine Masse auf, eine elektrische Ladung, Luftdruck oder sonst irgendetwas, was der Ursprung der Kraft sein könnte. Den findet man woanders, und zwar in der berühmten heisenbergschen Unschärferelation, die unter anderem besagt, dass man die Energie eines Systems zu einem konkreten Zeitpunkt nie exakt messen kann. Nicht aus technischen Gründen, sondern weil auf Grund quantenmechanischer Unschärfen keine solchen exakten Werte existieren.

Die Energie des Nichts

Eine Konsequenz daraus ist, dass das Vakuum nicht komplett »nichts« sein kann, da man dann ja dessen exakte Energie (null) zu einem konkreten Zeitpunkt kennen würde. Der leere Raum hat also eine gewissen Grundenergie, die aus der Überlagerung diverser Quantenfelder stammt. Diese Felder verändern sich ständig, und auch diese Fluktuationen sind ein Resultat der Unschärferelation.

Solche Vakuumfluktuationen kann man als ständig spontan entstehende und wieder vergehende virtuelle Teilchen interpretieren. Genau hier kommt die Formel von Hendrik Casimir ins Spiel: Zwischen den Platten – die wirklich nahe beieinander sein müssen – haben bloß bestimmte Fluktuationen Platz. Es passen dort ja nur Wellen bestimmter Wellenlänge hinein. Außerhalb der Platten treten allerdings alle möglichen virtuellen Teilchen auf. Dieser Unterschied entspricht einem »Druck«, den das Vakuum auf die Platten ausübt. Diese Kraft wird durch die Formel beschrieben.

Die im Vakuum steckende Energie spielt in der modernen Naturwissenschaft eine große Rolle; man hofft zum Beispiel, damit die immer noch mysteriöse »Dunkle Energie« zu erklären, die das gesamte Universum durchzieht. Bislang passen die Vorhersagen der Theorie jedoch nicht zu den Beobachtungen, und man wird sich die Sache noch ein wenig genauer ansehen müssen.

Das sollten auch all diejenigen tun, die mittels Vakuum- oder »Nullpunktenergie« irgendwelche Maschinen antreiben wollen. Solche Experimente sind zum Scheitern verurteilt: Man kann dem Vakuum diese Energie nicht entziehen; es ist ja schon die geringstmögliche, die es haben kann. Ein Perpetuum mobile bleibt weiterhin unmöglich, selbst wenn man es mit beeindruckend klingenden Begriffen aus der modernen Physik aufmotzt.

19/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 19/2020

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