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Thermodynamik: Wie aus Chaos Ordnung entsteht

Obwohl der zweite Hauptsatz der Thermodynamik einen Trend zu wachsender Unordnung vorschreibt, vermag die Natur aus chaotischen Zuständen geordnete Strukturen hervorzubringen. Ein neuer Theorieansatz erklärt das scheinbare Paradox.
© Michael Morgenstern
Die Naturwissenschaft hat der Menschheit schon manche Enttäuschung bereitet. Sie setzt unserer Technik Grenzen, unter anderem mit der Lichtgeschwindigkeit als prinzipiell unüberbietbarem Tempo für Reisen und Signale; sie vermag unsere Anfälligkeit für Krebs und andere Leiden nicht zu überwinden; und sie konfrontiert uns mit unbequemen Wahrheiten wie dem globalen Klimawandel. Doch die wohl härteste Negativaussage enthält der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Er besagt: Wir leben in einem Universum, das zwangsläufig immer unordentlicher wird. Jede Lebensregung trägt unweigerlich zum Niedergang der Welt bei. Selbst wenn wir unsere Maschinen noch so weit entwickeln – niemals werden sie ganz ohne Energieverlust und Verschleiß funktionieren. Der zweite Hauptsatz zerstört nicht nur den Traum vom Perpetuum mobile, sondern scheint auch zu besagen, dass der Kosmos letzten Endes alle brauchbare Energie erschöpfen und in ewigen Stillstand verfallen wird, den so genannten Wärmetod des Weltalls.

Dabei entstand die Thermodynamik eigentlich in einer Ära der Technikeuphorie. Mitte des 19. Jahrhunderts trieben Dampfmaschinen die industrielle Revolution voran, und Physiker wie Rudolf Clausius, Nicolas Sadi Carnot, James Joule und Lord Kelvin schufen die Wärmelehre. Damit konnten sie verstehen, wie solche Maschinen funktionieren und was ihren Wirkungsgrad einschränkt. Aus diesen praktischen Anfängen entwickelte sich die Thermodynamik zu einem der wichtigsten Zweige der Physik. Sie ist eine allgemeine Theorie der kollektiven Eigenschaften komplexer Systeme, die längst nicht mehr nur Dampfmaschinen umfasst, sondern auch Bakterienkolonien, Computerspeicher und sogar Schwarze Löcher in den Tiefen des Alls. In gewisser Weise verhalten sich all diese Systeme gleich. Alle nutzen sich ab, wie es der zweite Hauptsatz vorschreibt...

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