SG_LogoDas ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 353: Kalte Fusion

Es war lange Zeit nicht klar, wie und auf welche Weise unsere Sonne und die anderen Sterne leuchten. Über all die Irrtümer auf diesem Weg mache ich irgendwann mal vielleicht eine eigene Folge. Aber mittlerweile wissen wir recht gut, woher die Sonne ihre Energie bekommt und ich habe darüber in den Folgen 168 und 169 der Sternengeschichten im Detail gesprochen. Dort, so wie im Inneren aller anderen Sterne, findet Kernfusion statt. Das heißt, dass leichte Atome miteinander verschmelzen um schwerere Atome zu bilden wobei Energie frei wird. Bei Sternen wird hauptsächlich Wasserstoff zu Helium fusioniert; aber auch andere Fusionsreaktionen sind möglich.

Dass in den Kernen von Atomen jede Menge Energie steckt, wissen wir seit Albert Einstein seine berühmet Formel E=mc² aufgestellt hat. Die Protonen und Neutronen im Kern werden durch Kernkräfte zusammengehalten, ein Atomkern braucht also eine gewisse Bindungsenergie. Die ist unterschiedlich groß, je nachdem wie viele Protonen und Neutronen einen Kern bilden. Am stärksten ist die Bindung bei bestimmten Eisen- und Nickel-Atomen; alle anderen Atomkerne haben eine geringere Bindungsenergie. Jetzt kommt Einsteins Formel ins Spiel: Energie und Masse sind äquivalent, das eine kann in das andere umgewandelt werden. Oder anders gesagt: Zählt man die Masse der einzelnen Protonen und Neutronen eines Atomkerns zusammen, dann ist das Resultat immer größer als die Gesamtmasse des Atomkerns. Die fehlende Masse steckt in der Bindungsenergie, die die Kernbausteine zusammenhält.

Kernfusionsreaktor. Aber sehr heiß! Bild: NASA/ESA)

Atomkerne die schwerer sind als Eisen setzen Energie frei, wenn man sie spaltet und zu leichteren Atomen macht. Atomkerne die leichter als Eisen sind muss man zu schwereren Atomkernen fusionieren, um überschüssige Bindungsenergie freizusetzen. Beide Vorgänge können in der Natur auftreten. Es gibt viele Atomkerne, die instabil sind und im Laufe der Zeit zerfallen. Das nennen wir “Radioaktivität” und die dabei freiwerdende Energie in Form von Strahlung kann unter Umständen gefährlich werden. Die Spaltung von Atomkernen haben wir aber auch künstlich hergestellt. Einerseits unkontrolliert, in Atomwaffen; andererseits unter Kontrolle in Kernkraftwerken, wo wir die Spaltung von Atomen absichtlich herbeiführen um daraus Energie zu erzeugen.

Aber schon bevor die ersten Atomwaffen und Kernkraftwerke gebaut wurden, wusste man, dass man bei Kernfusion wesentlich mehr Energie erzeugen kann als bei der Kernspaltung. Und man wusste, dass genau dieser Fusionsprozess auch in den Sternen stattfinden. Warum also nicht probieren, die Kernfusion auch künstlich zu produzieren und die Energie zu nutzen?

Das Problem an der Sache: Die Kernspaltung ist vergleichsweise einfach. Man muss eigentlich nur einen schweren Atomkern mit einem ausreichend schnellen Teilchen beschießen und dann bricht er auseinander. In der Praxis war es natürlich sehr viel kniffliger, aber man hat es dann doch in erstaunlich kurzer Zeit hinbekommen, wirtschaftlich nutzbare Energie durch Kernspaltung zu erzeugen. Bei der Kernfusion war man anfangs ebenso optimistisch. Hier ist es aber viel schwerer. Denn Atome wollen normalerweise nicht miteinander fusionieren. Die Atomkerne stoßen einander ab und nur wenn sie sehr schnell sind, kann ihre Bewegungsenergie die Abstoßung überwinden. Nur dann kommen sie sich nahe genug, dass die innerhalb des Kerns wirkenden Kräfte dominieren und die Kerne sich miteinander verbinden.

Will man Atome schnell machen, muss man sie erhitzen. In einem Stern wie der Sonne sind dafür Temperaturen von weit mehr als 10 Millionen Grad nötig! Die gibt es dort nur im Zentrum; in den äußeren Bereichen ist es kühler und dort findet auch keine Kernfusion statt. Ein Stern ist ein recht simpler Kernfusionsreaktor: Er besteht – vereinfacht gesagt – aus einem gewaltigen Haufen Wasserstoff der sich in seinem Zentrum unter seinem eigenen Gewicht so stark verdichtet, dass die entstehenden hohen Temperaturen ausreichen damit Kernfusion einsetzt. Die Energie wird explosiv und unkontrolliert frei; die Sonne ist quasi eine gigantische, andauernde Explosion die von ihrer eigenen Gravitationskraft zusammengehalten wird. So etwas können wir auf der Erde natürlich nicht nachbauen. Aber auch hier braucht man die gleichen hohen Temperaturen. Es gibt allerdings kein Material, dass bei mehr als 10 Millionen Grad nicht sofort gasförmig wird; worin also soll man die Wasserstoffatome aufbewahren, während sie fusionieren? Das geht nur indem man sie mit Magnetfelder einfängt, was bei weitem nicht so einfach ist wie es klingt. Man muss natürlich auch haufenweise Energie aufwenden um den Wasserstoff entsprechend stark aufzuheizen damit er überhaupt fusionieren kann und wenn man mehr Energie braucht als am Ende rauskommt bringt es auch nichts. Man kann auch nicht einfach irgendeinen Wasserstoff nehmen sondern nur spezielle Variationen die auch nicht leicht zu kriegen oder produzieren sind. Man braucht Deuterium und Tritium, Isotope des Wasserstoffs; ich werde aber im Weiteren trotzdem immer von “Wasserstoff” sprechen damit es nicht noch verwirrender wird. Man hat es noch geschafft die Kernfusion in Form von Wasserstoffbomben als explosive Energiefreisetzung zu verwenden, aber an einer kontrollierten Kernfusion mit der wirtschaftlich Energie produziert wird arbeitet man ohne Erfolg seit der Mitte des letzten Jahrhunderts.

Blick auf das Plasma in einem Fusionsreaktor ; hier Wendelstein 7-AS (Bild: W7-AS Team, J. Baldzuhn, CC-BY-SA 3.0)

Welche Methoden es da gibt, welche Probleme dabei auftreten und ob man die Kernfusion doch noch einmal nutzen wird können sind alles Themen für andere Folgen der Sternengeschichten. Heute geht es um eine verlockende Abkürzung: Was, wenn man die hohen Temperaturen gar nicht braucht und damit die ganzen Probleme gar nicht erst hat. Kann man nicht auch eine “kalte Fusion” machen?

Kann man! Zum Beispiel mit Myonen. Ein Myon ist ein Elementarteilchen; eigentlich nichts anderes als ein Elektron nur schwerer. Und instabil; ein Myon lebt nur ein paar Sekundenbruchteile bevor es wieder zerfällt. In der Zeit kann es aber bei der Kernfusion helfen. Normalerweise wird ein Atomkern ja von Elektronen umkreist. Der Atomkern ist elektrisch positiv geladen; die Elektronen sind negativ und insgesamt ist ein Atom elektrisch neutral. Kommen zwei Atome sich nahe, stoßen sich aber die jeweils negativ geladenen Hüllen ab; die Elektronen stören überhaupt sehr bei der Kernfusion. Sie verschwinden aber auch, wenn die Temperaturen hoch genug sind. Bzw. verschwinden nicht, aber lösen sich vom Atomkern. In der Sonne fusionieren nur die Kerne und auch bei den Versuchen auf der Erde verwendet man nur Atomkerne ohne Elektronen – muss sie dann aber eben enorm aufheizen, damit die positiv geladenen Kerne ihre wechselseitige Abstoßung überwinden können.

Die Sache mit den Myonen und der kalten Fusion läuft nun aber anders und – sehr vereinfacht – so ab: Unter bestimmten Umständen kann ein Atomkern anstatt eines Elektrons ein Myon einfangen. Myonen unterscheiden sich ja nur durch ihre größere Masse von den Elektronen und sind ebenfalls negativ geladene. Weil sie aber so viel schwerer sind, umkreisen sie den Atomkern auch sehr viel enger. Und weil so die elektrisch negative Ladung sehr viel dichter an der positiven Ladung des Kerns ist, kann sie die Ladung besser abschirmen. Anders gesagt: Ein Atomkern mit Myon “spürt” andere Atomkerne weniger stark und kann leichter mit ihnen fusionieren. Schon in den 1960er Jahren gelang es, mit Myonen Kernfusion ohne hohe Temperaturen durchzuführen. Aber damit das ganze wirtschaftlich brauchbar wird, muss der Prozess dauerhaft ablaufen können. Man braucht eine Kettenreaktion, bei der immer neue Myonen freigesetzt werden, die immer neue Fusionen ermöglichen. Das passiert aber nicht, weil die Myonen zu schnell zerfallen. Und wenn man künstlich von außen Myonen zusetzen will, ist die Energie die für die Produktion der Myonen nötig ist so groß, dass der ganze Prozess mehr Energie verbraucht als freigesetzt wird. Kalte Fusion mit Myonen ist also möglich, kann aber nicht zur Energiegewinnung benutzt werden.

Aber wenn man die Atomkerne mit Myonen zur Fusion bei niedrigen Temperaturen überreden kann, dann ja vielleicht auch irgendwie anders? Am 23. März 1989 hielten die beiden Chemiker Martin Fleischmann und Stanley Pons eine Pressekonferenz ab. Sie waren nicht einfach irgendwelche Spinner, sondern jeweils sehr angesehene Wissenschaftler ihrer Fachgebiete. Deswegen hörten auch alle aufmerksam zu, als sie davon erzählten, wie sie Wasserstoffatome miteinander fusioniert hätten und zwar bei niedrigen Temperaturen, in einem simplen Gerät das man in jedem Labor aufstellen kann. Der Schlüssel zum Erfolg sei das Metall Palladium: Von allen chemischen Elementen kann es am meisten Wasserstoff aufnehmen: Bei Raumtemperatur kann es das 900fache seiner eigenen Masse an Wasserstoff an sich binden. Vermutlich, so Fleischmann und Pons, würden die Wasserstoffatome im Palladium – wieder sehr vereinfacht gesagt – auf so engem Raum konzentriert, dass sie miteinander fusionieren können. Dass ihr Prototyp tatsächlich Energie durch Kernfusion produziert wollten sie durch die freiwerdenen Helium-Atome (zu denen der Wasserstoff verschmilzt), die ebenfalls freiwerdenden Neutronen und ein wenig überschüssige Wärme nachgewiesen haben.

Es war eine prinzipiell plausible Behauptung seriöser Wissenschaftler. Nur dass sie per Pressekonferenz bekannt gegeben wurde anstatt durch eine Veröffentlichung in der Fachliteratur war ungewöhnlich. Denn ohne genau Daten und eine exakte Beschreibung der Methoden war es schwer, das ganze zu prüfen. Aber schon bald fanden genau solche Prüfungen statt; andere Arbeitsgruppen wiederholten die Experimente und stellten fest, dass die kalte Fusion von Fleischmann und Pons nicht funktioniert. Sie hatten ein paar Fehler gemacht; ein paar Kontrollexperimente nicht gut genug durchgeführt und Daten nicht korrekt interpretiert. Das alles wäre rein prinzipiell nicht weiter tragisch gewesen. So was kommt vor in der Wissenschaft. Hypothesen, Theorien und Ergebnisse werden veröffentlicht; sie werden geprüft und manchmal werden sie eben auch widerlegt. Fleischmann und Pons aber wollten ihren Fehler nicht akzeptieren und weigerten sich den Befund der wissenschaftlichen Gemeinschaft anzuerkennen. Das allerdings ist tragisch, vor allem bei einem so wichtigen Thema wie der Kernfusion. Das war nicht einfach irgendein abstraktes wissenschaftliches Ergebnis; das hätte potentiell die ganze Welt verändern können. Medien waren enorm interessiert; ebenso wie die Politik und die Wirtschaft. Und es gab eine Riesenwirbel, der eine nüchterne Betrachtung der Sachlage schwer machte.

Fusionsbomben sind leicht. Leider… (Bild: NNSA, gemeinfrei)

An kalter Fusion wird aber immer wieder mal geforscht. Durchaus auch erfolgreich. Zum Beispiel im Fall der “Pyrofusion”. Dabei nutzt man starke elektrische Felder um Wasserstoffatome an der Spitze einer Nadel zusammenzudrängen und zur Fusion zu bringen. Das funktioniert, braucht aber immer mehr Energie als freigesetzt werden kann. Nicht funktioniert hat dagegen ie “Sonofusion”, bei der amerikanische Wissenschaftler Fusion durch Schallwellen erreichen wollten. Dabei geht es darum, quasi kleine Hohlräumen, winzige Bläschen in einer Flüssigkeit zu erzeugen, in denen ein Vakuum herrscht. Die Blasen kollabieren enorm schnell, erzeugen dabei kurzfristig sehr hohe Temperaturen bei denen Kernfusion stattfinden kann. Aber so wie bei Fleischmann und Pons konnten auch diese Ergebnisse nicht bestätigt werden und auch hier weigerte sich der beteiligte Wissenschaftler – Rusi Taleyarkhan vom Oak Ridge National Laboratory – seinen Fehler anzuerkennen.

Die kalte Fusion bleibt weiterhin verlockend. Energie zu produzieren, ohne große Maschinen, ohne extreme Temperaturen, billig, einfach und in enormer Menge. Das klingt zu schön um wahr zu sein und auch wenn sich die Wissenschaft immer noch mit dem Thema beschäftigt, ist es mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit auch nicht wahr. Wenn wir Energie durch Kernfusion gewinnen wollen, werden wir dafür die gewaltigen Geräte brauchen, die mit enorm hohen Temperaturen arbeiten. Und müssen all die Probleme lösen, die sich dadurch ergeben. Ob uns das gelingen wird, ist aber wieder eine ganz andere Frage und eine ganz andere Geschichte.

Kommentare (35)

  1. #1 uwe hauptschueler
    30. August 2019

    Bei Raumtemperatur kann es das 900fache seiner eigenen Masse an Wasserstoff an sich binden

    Die Dichte wäre enorm. Ersetze Masse durch Volumen.

  2. #2 Gregor
    30. August 2019

    Zählt man die Masse der einzelnen Protonen und Neutronen eines Atomkerns zusammen, dann ist das Resultat immer größer als die Gesamtmasse des Atomkerns. Die fehlende Masse steckt in der Bindungsenergie, die die Kernbausteine zusammenhält.

    Die Masse der einzelnen Bestandteile des Atoms ist doch kleiner als die Gesamtmasse, weil bei der Zusammenzählung derr Einzelbestandteile die Bindungsenergie fehlt.

  3. #3 Bullet
    30. August 2019

    @ Gregor:

    Die Masse der einzelnen Bestandteile des Atoms ist doch kleiner als die Gesamtmasse

    Nein.
    Ein Natriumatom enthält 11 Protonen, 12 Neutronen und 11 Elektronen. Es wiegt 22,98976928 u.
    Elementarteilchenmassen
    Proton: 1,007 276 466 583 u
    Neutron: 1,008 664 915 95 u
    Elektron: 0,000 548 579 9 u

    Na dann:
    Protonen: 11,08 u + Neutronen: 12,104 + Elektronen: 0,006 = 23,19 u

    Ein Natriumatom (hab ich natürlich deswegen gewählt, um der Isotopenproblematik zu entkommen) wiegt also ziemlich genau 0,2 u weniger als dieselbe Menge an freien Nukleonen plus des Elektronengerümpels. so wie es Florian auch richtig geschrieben hat.

  4. #4 Gregor
    30. August 2019

    @ Bullet
    Verstanden – kann mich wieder etwas an meinen Leistungskurs Physik erinnern – Stichwort Massendefekt

    Danke!

  5. #5 Bullet
    30. August 2019

    @Gregor:
    du hast insofern nicht ganz unrecht, weil die Gesamtenergie des Haufens Nukleonen und die Gesamtenergie des Atomkerns inkl. der abgestrahlten Fusionsenergie gleich ist. Aber man kann es auch andersherum aufzäumen: ein freies Proton ist schwerer als eins in einem Atomkern, weil das freie Proton zusätzlich noch die Energie mit sich herumschleppt, die aufgewendet werden mußte, um es aus dem Kern rauszukloppen. Das ist eine ziemlich große Energiemenge – und die wiegt was.
    Hmmm … wie ist das mit Magneten? Ist ein in der Gegend herumliegender Magnet etwa aus dem gleichen Grund schwerer als einer, den ich an eine Eisenplatte gepappt hab?

  6. #6 Bbr
    Niedersachsen
    30. August 2019

    Die Leistungsdichte der Fusion im Kern der Sonne entspricht in etwa der eines Komposthaufens. Da von einer andauernden Explosion zu sprechen ist dann doch etwas übertrieben. Die Sonne ist so heiß, weil sie so groß ist. Nicht, weil da drin eine oberheftige Reaktion tobt. Die Oberfläche wächst nur in der 2. Potenz, das Volumen aber in der 3. Potenz mit dem Radius. Da reicht dann eine ziemlich schwache Reaktion aus. Und das ist gut so, schließlich muss der Treibstoff mehrere Milliarden Jahre teichen.

  7. #7 Karl-Heinz
    30. August 2019

    @Bbr

    Du meinst jetzt sicher die mittlere Volumenleistungsdichte der Sonne. Wie sieht es mit der Volumenleistungsdichte aus, wenn man nur jenen Bereich betrachtet, wo wirklich Kernfusion stattfindet?

  8. #8 rolak
    30. August 2019

    nur jenen

    Genau davon schrieb Bbr, Karl-Heinz, habs nicht nachgerechnet, doch Dpedia sagt über den Kern des Kernes

    In einem Tausendstel des Volumens der Sonne entsteht die Hälfte ihrer Leistung; das ist eine mittlere Leistungsdichte von knapp 140 Watt pro Kubikmeter, nicht mehr als in einem Komposthaufen.

  9. #9 wereatheist
    Berlin
    30. August 2019

    @Bullet:

    Hmmm … wie ist das mit Magneten? Ist ein in der Gegend herumliegender Magnet etwa aus dem gleichen Grund schwerer als einer, den ich an eine Eisenplatte gepappt hab?

    Beim Anpappen an die Eisenplatte wurde ein wenig langwellige elektromagnetische Strahlung abgegeben.
    Diese Energie bedeutet einen Massendefekt gegenüber den getrennten Objekten Platte & Magnet,
    nach Einsteins Formel L=mV².

  10. #10 Karl-Heinz
    30. August 2019

    @wereatheist

    Beim Anpappen an die Eisenplatte wurde ein wenig langwellige elektromagnetische Strahlung abgegeben.

    Was passiert beim Wegziehen (Wegpappen) des Magneten von der Eisenplatte? Wird da keine elektromagnetische Strahlung abgegeben? 😉

  11. #11 PDP10
    30. August 2019

    @Karl-Heinz:

    Was passiert beim Wegziehen (Wegpappen) des Magneten von der Eisenplatte? Wird da keine elektromagnetische Strahlung abgegeben?

    Gute Frage … insbesondere auch die ursprüngliche von @Bullet.

    Ich glaube, die EM Strahlung kann man dabei vernachlässigen.

    Erstens ist klar, dass in dem Magneten irgendwo mehr Energie stecken muss, als in der Eisen-Niob-Nickel-sonstiges-Gekröse-und-Gedöns Legierung selbst als “Masse”. Das Ding ist ja magnetisiert. Also die magnetischen Domänen alle vorzugsweise in eine Richtung ausgerichtet … und die Energie dafür muss man ja erstmal reinstecken.

    Zweitens wird beim Anpappen an ein Stück Eisen natürlich Energie aufgewendet um im Eisen die magnetischen Domänen aus zu richten. Diese Energie ist dann Weg – also “im” Magneten weg.

    Und wenn man ihn dann wieder wegzieht muss man auf jeden Fall erstmal Kraft aufwenden entgegen der potentiellen Energie des Magnetfeldes.

    Da steckt man dann also wieder Energie in das System.

    Und dann? Wo steckt die dann?

    Hmmm …. gar nicht so einfach 🙂

  12. #12 Karl-Heinz
    30. August 2019

    @PDP10

    Ich stelle mir das so vor. Ich halte den Magneten zur Eisenplatte. Wenn ich eine Kraft spüre, lasse ich den Magneten los, wobei dieser an Geschwindigkeit aufnimmt und auf die Eisenplatte prallt. Dabei wird Wärmerenergie frei. Natürlich könnte ich den Magneten ganz, ganz langsam auf die Platte zubewegen. Da in diesem Fall die Geschwindigkeit null ist, könnte man in Gedanken, damit die Energie gewahrt bleibt, als Ausgleich Gewichte heben. Du hast richtig vermutet, das die elektromagnetische Strahlung bei diesem Experiment kaum eine Rolle spielt. 😉

  13. #13 wereatheist
    Berlin
    31. August 2019

    @Karl-Heinz:

    Was passiert beim Wegziehen (Wegpappen) des Magneten von der Eisenplatte? Wird da keine elektromagnetische Strahlung abgegeben?

    Natürlich. Bloß ein bischen weniger als beim ‘Anpappen’.

  14. #14 wereatheist
    Berlin
    31. August 2019

    In einer echten Welt, mit richtiger Materie, die z.B. sowas wie einen elektrischen Widerstand besitzt, führt das Bewegen von ferromagnetischem Material in Magnetfeldern zu induzierten Strömen, die wieder Wärme erzeugen.

  15. #15 Karl-Heinz
    31. August 2019

    @wereatheist

    Aber deine Argumentation mit dem Massendefekt, das gleich der Energie der elektromagnetischen Strahlung sein soll , fällt damit ins Wasser. 😉

  16. #16 wereatheist
    Berlin
    31. August 2019

    Die elektromagnetische Strahlung ist wohl (bei langsamen Bewegungen) vernachlässigbar, nicht aber die Abwärme aufgrund induzierten Stroms.

  17. #17 Karl-Heinz
    31. August 2019

    @wereatheist

    Cool, da hätte ich eine gemeine Verständnisfrage. Wenn ganz zum Schluss der Magnet der Metallplatte immer näher kommt, wird dann mehr oder weniger induziert?

  18. #18 wereatheist
    Berlin
    31. August 2019

    Das mit dem Massendefekt aufgrund Zustand A vs. Zustand B, unabhängig von der ‘Geschichte’, ist unrealistisch. Schnelle Bewegungen führen zu höheren induzierten Strömen, und damit Wärmeverlusten.
    In einer unendlich langsamen Welt wäre der Unterschied zwischen An- und Wegpappen eines Magneten an einer Eisenplatte….
    Immer noch von elektrischen Widerstandsverlusten dominiert, da Die Abstrahlung der vierten Potenz der Frequenz proportional ist 🙁

  19. #19 wereatheist
    Berlin
    31. August 2019

    Ha! in einer unendlich langsamen Welt Ist die Induktion tatsächlich vernachlässigbar. und dann muss der Energieunterschied zwischen An- & Wegpappen eines Magneten an einem Ferromagnetikum letztendlich durch elektromagnetische Abstrahlung zustande kommen.
    Sorry, ich rede hier mit mir selbst 🙂

  20. #20 Karl-Heinz
    31. August 2019

    @wereatheist

    Ok, Induktion würde ich vorsorglich in meine Energiebetrachtung mit einbeziehen, während elektromagnetische Strahlung vernachlässigt werden kann . 😉

  21. #21 PDP10
    31. August 2019

    @wereatheist:

    In einer echten Welt, mit richtiger Materie, die z.B. sowas wie einen elektrischen Widerstand besitzt, führt das Bewegen von ferromagnetischem Material in Magnetfeldern zu induzierten Strömen, die wieder Wärme erzeugen.

    Bei Supraleitern aber auch … und nu?

    (Übrigens auch bei Paramagneten)

    Übrigens erklären diese Ströme nicht, warum ein ferromagnetisches Material magnetisiert bleibt, wenn man den Magneten wieder weg nimmt …

    Nee, nee … ich glaube, für das alles kommt man nicht drum rum ein bisschen Quantenmechanik zu betreiben 🙂

  22. #22 PDP10
    31. August 2019

    @wereatheist:

    und dann muss der Energieunterschied zwischen An- & Wegpappen eines Magneten an einem Ferromagnetikum letztendlich durch elektromagnetische Abstrahlung zustande kommen.

    Gloob ick nisch! Dit hat mir noch nie nich ma jemand vorjerechnet!

    Ausserdem: Energieunterschied von was? Magnet oder Eisen? Welches von beiden meinst du?

  23. #23 wereatheist
    Berlin
    31. August 2019

    @PDP10.

    Energieunterschied von was? Magnet oder Eisen?

    Mir geht es immer um die Energiebilanz des Gesamtsystems.
    Aber ich kapituliere jetzt. Ich verstehe, dass ich zuwenig verstehe. Gute Nacht.

  24. #24 Karl-Heinz
    31. August 2019

    @rolak #8

    Ja, natürlich. Ich war am Anfang ein bisschen skeptisch. Auf der Erde wird man dagegen trachten, die Fusionsrate so hoch wie möglich zu machen. Also sehr viel höher als die in der Sonne. 😉

  25. #25 Leser
    1. September 2019

    @ Bullet #5, @ wereatheist

    Überall, wo aus einem System Energie entzogen (frei) wird, wird das System dadurch leichter. Und da, wo dem System Energie zugeführt wird, wird das System schwerer. Entsprechend der Beziehung E = m * c^2 . Beim Atomkern ist das durch die großen Massendifferenzen und die damit verbundenen Energiedifferenzen besonders deutlich. Beim Ranpappen eines Magneten an den Kühlschrank / die Stahlplatte passiert das auch, aber so unfaßbar wenig, daß man es nicht messen kann. Auch ein Gegenstand, den man vom Erdboden aufhebt, nimmt dadurch an Masse zu, er wird schwerer denn er nimmt potentielle Energie auf. Aber der Gegenstand wird so wenig schwerer, daß man es nicht messen kann. Bei der ISS (Höhe 400 km) mit 500 Tonnen Masse ist die Massedifferenz unter 1 Milligramm. Wie soll man das messen ?

  26. #26 wolfhard
    2. September 2019

    @Leser
    Auch ein Gegenstand, den man vom Erdboden aufhebt, nimmt dadurch an Masse zu, er wird schwerer denn er nimmt potentielle Energie auf.
    Ist es nicht so das das Gewicht mit zunehmender entfenung vom Ermittelpunkt abnimmt (Gravitation),also leichter wird? wer 100 gramm abnehmen will brauch sich also nur einpaar 1000 Kilometer richtung Äquator zu bewegen.Was mich interresieren würde ,wird durch den z.B.Mond (Himmelskörper)nicht nur gravitation sondern auch elektromgnetische Ströme auf andere Massen (Erde)induziert,und wenn ja ändern sich dadurch auch die Massen?

  27. #27 René
    2. September 2019

    @Wolfhard
    Masse ungleich Gewichtskraft. Mit einer Waage auf der Erde bestimmst du eigentlich nicht die Masse, sondern die Gewichtskraft und damit indirekt die Gravitationskraft zwischen Erde und Testkörper. Das ist etwas verwirrend, aber ein Körper hat immer eine Masse, auch außerhalb jedes Schwerefelds.
    Worauf ich hinaus will: Wenn du dich von der Erde entfernst nimmt nicht die Masse ab (im Gegenteil wie bereits gesagt eher zu, aber halt so extrem gering, das man das nicht messen kann) sondern die Anziehungskraft wird geringer. Eine Waage müsstest du also auf verschiedenen Höhen anders kalibrieren.

  28. #28 Leser
    2. September 2019

    @ wolfhard

    Entschuldigung, ich habe mich falsch ausgedrückt. Die Masse nimmt beim Hochheben eines Gegenstandes von der Erdoberfläche zu, aber so wenig, daß die Abnahme der Gravitationskraft (des Gewichtes) durch die Entfernung von Erde und Gegenstand bei weitem überwiegt. Wenn ich das Gewicht des Gegenstandes mit einer Federwaage messe, nimmt die Masse scheinbar ab, obwohl die Masse gering zunehmen würde, wenn ich die Trägheit des Gegenstandes so genau messen könnte. Wie viel (wenig) das ist, habe ich ja oben beschrieben. Und deshalb wird es sehr schwierig sein, das zu messen.

    Ich glaube nicht, daß der Mond eine elektromagnetische Wirkung auf die Erde hat. Dazu müßte er stark geladen sein, oder ein der Erde vergleichbares Magnetfeld besitzen. Beides hat er nicht.

  29. #29 JoselB
    2. September 2019

    @Leser:

    Auch ein Gegenstand, den man vom Erdboden aufhebt, nimmt dadurch an Masse zu, er wird schwerer denn er nimmt potentielle Energie auf.

    Ich denke, es ist vielmehr so, dass das Gesamtsystem Gegenstand + Erde schwerer wird. Sowohl der Gegenstand als auch die Erde selbst behalten für sich ihre Masse. Wenn ich es richtig verstehe, kommt die zusätzliche Masse aus der Nichtlinearität der ART, bei der überlappende Gravitationsfelder nicht der Summe der Einzelfelder entsprechen. Ganz sicher bin ich mir da aber nicht.

  30. #30 JoselB
    2. September 2019

    Und ich korrigiere mich auch: Nicht “schwerer wird” sondern an Masse gewinnt. Die aber in dem Gravitationsfeld steckt und nicht in Gegenstand oder Erde selbst.

  31. #31 Captain E.
    2. September 2019

    @JoselB:

    Und ich korrigiere mich auch: Nicht “schwerer wird” sondern an Masse gewinnt. Die aber in dem Gravitationsfeld steckt und nicht in Gegenstand oder Erde selbst.

    Vermutlich noch genauer: In der Raumkrümmung!

    Ich hatte vor einigen Wochen eine ähnliche Idee entwickelt, der den seltsamen Masseverlust von drei Sonnenmassen bei der (per Gravitationswellen detektierten) Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher aufgetreten ist. Das Ganze macht Sinn, wenn man von der Vorstellung ausgeht, dass die Gravitation von Massen in der Raumkrümmung steckt und sich bei Neuanordnung von Massen die Raumkrümmungsgeometrien zu einer neuen formieren, die dann eine geringere Energie (und somit auch Masse) besitzt.

  32. #32 Leser
    2. September 2019

    @ JoselB #29

    Du hast recht ! Auch die Masse der Erde nimmt um den gleichen Betrag zu. Aber bei einer Erdmasse von 6*10^24 kg ist eine Massenzunahme von weniger als 1mg (Milligramm!!) noch schlechter zu messen. Die Differenz wäre erst in der 30.Stelle hinter dem Komma. So genau kann man noch nicht einmal die Zeit messen.

  33. #33 Karl-Heinz
    2. September 2019

    @Leser

    Ich entferne 1kg Masse von der Erde. Um wie viel nimmt die Masse der Erde zu? Um Um wie viel nimmt die Masse von 1 kg zu?

  34. #34 Karl-Heinz
    3. September 2019

    Also meine Herren
    Wenn ich die Erde in zwei Teile (1 kg und Erde vermindert um 1 kg) zerlege, indem man das 1 kg sehr weit entfernt, um welche Masse nimmt jeweils das 1kg und der Rest an Masse zu?
    Die Berechnung ist, so vermute ich, jetzt nicht wirklich allzu schwer. 😉

  35. #35 bote
    5. September 2019

    K arl-Heinz,
    in der Entwicklungspsychologie gibt es einen interessanten Test, um die Entwicklungsstufe eines Kleinkindes zu messen.
    Man nimmt ein Glas Limonade und verteilt sie vor den Augen des Kindes auf zwei Gläser. Dann fragt man das Kind und füllt das erste große Glas wieder gleichvoll mit Limonade nach. : Wo ist mehr Limonade drin, im großen Glas oder in den zwei kleinen Gläsern ?
    Zweijährige sagen meistens in den zwei Gläsern ist mehr Limonade. Sie haben das Gesetz der Mengenkonstanz noch nicht verstanden.
    Die Dreijährigen erkennen schon, dass die zwei kleinen Gläser nicht mehr Inhalt als das eine große Glas hat.

    Jetzt zu deinem Gedankenversuch. Wenn man mit Masse die Anzahl der Nukleonen meint, dann bleibt die Anzahl gleich, egal , ob ich die Erde als einen Klumpen betrachtet oder aus 6 x 10 hoch 24 Klumpen.
    Wenn man aber die Bindungsenergie mit einbezieht , dann hat der Gesamtklumpen Erde weniger Masse. Was jetzt die Gravitationsenergie betrifft, da hast du dich nicht klar genug ausgedrückt. Bist du ein Gott, der das 1kg Masse ins Unendliche befördert, also die Arbeit dazu nicht dem System Erde-1kg Masse entnimmt, oder stammt die arbeit dazu aus dem System Erde-1kg ?