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Eine Messung ersetzt 1000 Worte
von Ute Parsch
Ich habe Physik studiert und 1992 im Fachbereich Astrophysik mein Diplom erworben. Nach der Geburt meines Sohnes musste ich allerdings meine berufliche Tätigkeit unterbrechen. Mitunter schreibe und kommentiere ich im Web, meist zum Thema Homöopathie, aber auch zu anderen pseudowissenschaftlichen Themen.
Mein Thema dieses Jahr hat sich direkt aus einer Diskussion ergeben, die ich vor ein paar Monaten mit einem Verfechter der flachen Erde führen durfte. Da kam plötzlich die Behauptung auf den Tisch, dass das Licht des Mondes kühlend wirke. Nach kurzem Hin und Her ist dann der Experimentator in mir (wieder)erwacht und ich habe mich gefragt: Was redest Du da eigentlich gegen eine Wand an, anstatt das zu tun, was Naturwissenschaft eigentlich ausmacht? Herausgekommen ist dann neben einer Stunde frischer Luft dieser Artikel, in dem es nun um die Bedeutung von Experimenten und die Beachtung von Messfehlern und Störgrößen gehen soll.
Wenn ich es mir einmal gönne, mit einem Flacherdler zu diskutieren, dann gehe ich davon aus, mit meinem Grundwissen an Physik und Astronomie mit dem „besseren Blatt“ an Argumenten aufgestellt zu sein. Es ist dann aber doch immer wieder überraschend, wie weit hinaus einen diese Art von Gesprächen eigentlich trägt: Man macht sich als Physiker da vor dem Gespräch gar nicht genug klar, was da auf einmal alles innerhalb weniger Sätze in Frage gestellt wird, was man als Argument angeschleppt hat.
So ging es mir Ende Mai dieses Jahres dann auch: Innerhalb weniger Sätze wurde mir nicht nur erklärt, dass die Erde flach ist, sondern auch, dass der Mond keineswegs deshalb hell ist, weil er von der Sonne angestrahlt wird. Der Mond leuchte vielmehr selbst und zwar auf eine Weise, die von ihrem physikalischen Wesen her ganz anders sei als das Licht der Sonne.
Ich gebe zu, die genaue Begründung für diesen Umstand nicht genau verstanden zu haben: Laut meinem Gesprächspartner hat es irgendetwas mit „kalter Fusion von Raumenergie“ und Skalarwellen zu tun. Nun gibt es physikalisch nicht nur hervorragende Erklärungen, warum all die Maschinen zur Nutzung der Raumenergie nicht funktionieren, sowie sehr gute Argumente gegen Skalarwellen – sondern eben auch beste Belege dafür, dass ein Teil des Mondes halt deshalb hell ist, weil er von der Sonne angestrahlt wird. (Wenn wir kurz darüber nachdenken, fallen bestimmt jedem ein paar Beobachtungen dazu ein: Dass die relative Stellung von Sonne und Mond immer zum beleuchteten Teil des Mondes passt zum Beispiel. Oder dass man entsprechend des so zustande gekommenen Lichteinfalls bereits im Feldstecher die Schatten von Bergen oder Kraterrändern erkennen kann. Oder dass es genau dieses Verständnis der Natur ist, das uns Mondfinsternisse exakt vorhersagen lässt.)
Wir haben ein ineinandergreifendes Netz aus Argumenten und Beobachtungen dafür, dass wir die Bewegungen von Erde, Sonne und Mond recht gut verstanden haben. Es ist diese Vernetztheit unterschiedlicher Beobachtungen in Kombination mit der in zig Fällen bestätigten Zuverlässigkeit der Schlussfolgerungen, die uns bei Aussagen wie „Mondlicht ist reflektiertes Sonnenlicht“ das Recht gibt, von „gesichertem Wissen“ zu sprechen.
Mein Gesprächspartner vom letzten Mai versicherte mir nun aber, dass ich mich jederzeit selbst von der Tatsache überzeugen könne, dass Mondlicht und Sonnenlicht ganz unterschiedliche Natur hätten – und zwar mittels eines einfachen Experimentes. Ich bräuchte nur mittels zwei Thermometern bei der nächsten Vollmondnacht die Temperatur im Mondschatten und im Mondlicht vergleichen: Ich würde dabei feststellen, dass das Thermometer im Mondlicht eine niedrigere Temperatur anzeigt als das im Schatten.
Mondlicht habe eine kühlende Wirkung, weil der Mond – so die Flacherdler – der Erdatmosphäre eigentlich Energie entzieht. Das Leuchten des Mondes habe in Wahrheit etwas mit diesem Energiestrom von der Erde zu tun… und nichts mit der Sonne. (Bitte denkt nicht von mir, dass ich das irgendwie logisch finde.) Der Effekt wäre bei Vollmond am stärksten, deswegen wäre es dann am besten zu überprüfen. Außerdem sollte ich ein Brennglas (Lupe) hernehmen und das Mondlicht etwas bündeln. Auf diese Weise würde ich Temperaturunterschiede von bis zu acht Grad zwischen den beiden Thermometern messen können.
Etwas Hintergrundinformation zu dieser Behauptung:
Tatsächlich ist unter Flacherdlern diese Vorstellung relativ weit verbreitet: Mondlicht kühlt… und dies zeigt uns doch, dass erstens das Mondlicht nicht einfach nur von der Sonne stammt, sondern auch ganz was Besonderes ist. Auf YouTube finden sich mehrere mehr oder weniger gut gemachte Videos, in denen das auch vorgeführt wird und die Messung im Mondlicht tatsächlich niedrigere Werte zutage fördert: Etwa hier oder hier. Urheber der Behauptung ist – wie so oft bei der „flachen Erde“ – Samuel Rowbotham. In seinem Buch „Zetetic Astronomy, Earth Not a Globe!“ findet sich sogar ein Hinweis auf eine Ausgabe des „Lancet Medical Journal“ von 1856. Rowbotham schreibt, dass dort mehrere Experimente beschrieben wurden, die zeigen, dass mittels Lupe gebündeltes Mondlicht die von einem Thermometer angezeigte Temperatur um über acht Grad reduziert. Wer das nachprüft, findet allerdings, dass seinerzeit im Lancet keineswegs derartige Experimente und Ergebnisse veröffentlicht worden waren, sondern nur Beschreibungen solcher Eindrücke vom Hörensagen.
Acht Grad. Ohne Zeitangabe, wie lange ich dafür zu kühlen hätte und ohne Bezug zur Ausgangstemperatur? Aber immerhin: Acht Grad, klare Arbeitsanweisung… das ist eine quantitative und damit tatsächlich naturwissenschaftlich testbare Vorhersage. Außerdem eine Größenordnung des vorhergesagten Effektes, den ich mit recht einfacher Ausrüstung (zwei Kühlschrankthermometer) trotz damit zu erwartender Messungenauigkeit sehen müsste, wenn der Effekt da ist. Schönes Wetter und nur ein Tag bis zum Vollmond – wie hier gut zu sehen:
Der Mond am 28. Mai 2018, so wie ich ihn von meinem Garten aus für meine Messung benutzen konnte. Der „Stern“ daneben ist übrigens Jupiter.
An diesem Punkt habe ich mich entschlossen, nicht weiter zu argumentieren, sondern einfach zu messen. Nur falls das jetzt jemanden wundert: Nein, ich habe nicht ernsthaft gezweifelt, dass unser Mond von der Sonne angestrahlt wird. Aber darum geht es eben nicht. Es ist die Idee der Naturwissenschaft, dass man Dinge nicht über geschickte Formulierungen und Streitgespräche klärt, sondern durch Überprüfung an der Natur. Karl Popper definiert Naturwissenschaft geradezu als
„… die Methode, kühne Hypothesen aufzustellen und sie der schärfsten Kritik auszusetzen, um herauszufinden, wo wir uns geirrt haben.“
Harald Lesch formuliert es in „Urknall, Weltall und das Leben“ prägnanter:
„Jenseits von Gut und Böse ist das Experiment das Geländer.“
Sehr oft – eigentlich praktisch immer – überfordert der naturwissenschaftliche Hypothesentest das Equipment, das im normalen Haushalt spontan vorhanden ist. Dann steht uns die Möglichkeit nicht offen, es „selber auszuprobieren“. Hier liegt (eine) Ursache dafür, dass heute gar nicht immer verstanden wird, dass jeder als bestätigt geltenden naturwissenschaftlichen Aussage eine Menge Messungen zugrunde liegen. Und weil man alle diese Daten als Laie nie eingesehen hat, entsteht für Viele der Eindruck, auch naturwissenschaftliche Aussagen „würden halt geglaubt“ werden.
Niemand hat einen LHC im Keller (und das nicht nur wegen der Stromkosten) oder ein VLT auf dem Dach (nicht nur wegen des Gewichtes). Deswegen ist eine Situation wie hier, wo man eine Hypothese nun wirklich einfach testen kann, zur Rückbesinnung so ideal. Und es ist gleichzeitig eine wunderbare Gelegenheit, sich ein paar allgemeine Gedanken zum Thema „Messen“ zu machen: Wenn man nämlich nicht aufpasst, misst man sehr leicht Müll und bekommt wenig aussagekräftige oder gar in die Irre führende Ergebnisse.
Legen wir zum Beispiel zwei Thermometer in die pralle Sonne, eines auf Holz, eines auf Metall, dann werden sie unterschiedliche Werte anzeigen, weil das Metall in der Sonne sehr heiß wird. Das passiert auch, wenn wir die beiden Thermometer zwar beide auf dasselbe Material legen, aber das eine auf einen weißen, das andere auf einen schwarzen Untergrund.
Wenn wir eine wissenschaftliche Messung durchführen wollen, ist es also wichtig, zu berücksichtigen, welche Effekte die Messergebnisse verfälschen könnten und wie man derartige systematische Fehler am besten vermeidet. Selbst wenn man sich das vorher überlegt hat, gehört es zu einer sauberen Messung dazu, bei einem passenden Ergebnis nicht einfach die Arme hochzureißen und „Hurra“ zu rufen. Es gehört dazu, selbstkritisch die Frage zu prüfen, ob es andere Effekte als die eigene Hypothese gibt, die zu denselben Daten geführt haben könnten.
Das ist ein ganz wichtiger Punkt eines wissenschaftlichen Experiments: der vorsichtige Umgang mit den Daten. Nicht nur die Tatsache, dass wir Experimente durchführen, macht Naturwissenschaft aus, sondern auch, dass wir nicht einfach „irgendwas“ messen, bis es endlich zur Hypothese passt; wir müssen uns überlegen, welche Störgrößen eine Rolle spielen könnten, wie wir ihren Einfluss reduzieren oder sauber herausrechnen können.
Neben dem Material und der Farbe des Untergrunds muss man bei unserem Mondlichtexperiment noch auf andere Faktoren schauen: Man muss darauf achten, dass Unterlage und Thermometer Zeit genug hatten, ins thermische Gleichgewicht zu kommen. Es ist wichtig, dass nicht eines der beiden windgeschützter ist – was leicht passiert, wenn eines der beiden Thermometer im Schatten sein soll. Hier liegt eine denkbare Fehlerquelle mancher Flacherdler-Messung: Wer einfach zwei verschiedene Außenthermometer abliest, dem kann leicht passieren, einen gewissen Temperaturunterschied zu sehen, wenn die beiden Thermometer unterschiedlich exponiert, an verschiedenen Hausseiten und auf verschiedenen Wandmaterialien angebracht sind.
Es ist außerdem wichtig, wirklich gleichzeitig mit zwei Thermometern zu messen, weil die Temperatur im Laufe der Nacht abnimmt. Würden wir also zuerst im Schatten und danach mit demselben Thermometer im Mondlicht messen, würde der normale Temperaturgradient der Nacht den Effekt vortäuschen, den die Flacherdler beschreiben. Daneben muss man die Bauart des Thermometers bedenken: Messen wir mit einer einfachen Flüssigkeitssäule wie bei mir im Kühlschrankthermometer, dann wird dieses Thermometer nur für einen bestimmten Temperaturbereich wirklich gute Werte liefern. Verschiedene Thermometer mit verschiedenen Flüssigkeiten könnten systematisch voneinander abweichen. Weil man außerdem bei derart einfachen Thermometern eine ordentliche Ableseungenauigkeit einfängt, je nachdem aus welchem Winkel man auf das Thermometer schaut, würde man für eine Präzessionsmessung auf alle Fälle ein anderes Thermometer verwenden, etwa ein Infrarot-Thermometer mit eingebauter Wärmebildkamera, mit dem sich Oberflächentemperaturen schnell berührungslos messen lassen. Damit vermeidet man dann einige der oben genannten Probleme, muss aber immer noch auf die Beschaffenheit der Oberfläche achten oder auf das, was in ihrer Nähe steht: Auch derartige Geräte geben uns irreführende Werte an, wenn die zwei Messpunkte, die wir vergleichen wollen unterschiedlich gut Wärmestrahlung reflektieren.
Solche Überlegungen gehören zu jeder wissenschaftlichen Messung dazu, nicht einmal nur in der Physik: Wenn wir zum Beispiel Schnupfenpatienten einfach nur ein Mittel mitgeben und nach 7 Tagen nachfragen, ob die Symptome besser geworden sind, dann haben wir eine wichtige Störgröße bei unserer „Messung“ vergessen: Der natürliche, unbehandelte Krankheitsverlauf, der dazu führt, dass man sich oft nach einer Woche besser fühlt. Witzigerweise werden in der „Alternativmedizin“ immer wieder derartige Studien als Belege einer Wirksamkeit vorgeschoben und alle anekdotischen „Belege“ beruhen auf dieser fehlenden kritischen Hinterfragung, welche Effekte denn noch zu den beobachteten Besserungen geführt haben könnten.
Um bei meiner eigenen kleinen und zugegeben etwas dilettantischen Messung (leider hatte ich keine 2 teuren IR-Thermometer zur Hand) nicht in systematische Fehler zu laufen, habe ich deshalb beide Thermomater möglichst nahe beieinander auf dasselbe Tablett als Untergrund gelegt. Das Tablett lag vor der Messung lange im Garten, um thermisches Gleichgewicht zu gewährleisten. Der Schatten für das eine kam von einem Busch in ausreichend großer Entfernung. Zudem war es windstill. Ich habe vorher getestet, wie lange die Thermometer brauchen, um sich auf eine neue Temperatur einzustellen und die Dauer der Messung auf das Doppelte dieser Zeit festgelegt (eine knappe Stunde wurde es dann insgesamt). Ich selbst habe möglichst großen und vor allem gleichen Abstand zu beiden gehalten. Es gab keine störenden Wärmequellen in der Umgebung.
Kurz vor Beginn der Messung, beim Ausprobieren, wie das Mondlicht am besten gebündelt wird.
Und dann: Warten. Wird sich die Lehrmeinung der Physik bestätigen? Oder haben die Flacherdler Recht? Die Spannung steigt…
Wir haben, während wir warten, noch kurz Zeit, über unsere Lupe nachzudenken: Müsste die am Ende dafür sorgen, dass das Mondlicht-Thermometer letztlich sogar wärmer wird als das im Schatten? Eine grobe Abschätzung der ankommenden Strahlungsleistung können wir hierfür über die scheinbare Helligkeit machen: Die Sonne bringt es auf -26,73 mag, der Mond nur auf -12,73 mag. Weil das eine logarithmische Skala ist, ergibt das, dass die Sonne etwa 400.000-mal so hell wie der Vollmond ist. Pi mal Daumen bedeutet das auch nur ein 400.000stel dieser Leistung beim Mond. Die Strahlungsleistung der Sonne kennen wir, das ist die Solarkonstante und die beträgt etwa 1367 W/m². Vom Mond kommen also nur ein paar tausendstel Watt pro Quadratmeter an Leistung bei uns an.
Mit einer Erwärmung des Thermometers durch meine armselige kleine Lupe mit ein paar Quadratzentimetern Fläche ist nun also wirklich nicht zu rechnen. Und wem jetzt die Phantasie durchgeht, ob man eben nur eine hinreichend gigantisch große Lupe braucht, um auch mit Mondlicht zündeln zu können, dem sei gesagt: Nein, egal, wie groß wir die Lupe machen, das wird nicht klappen. Die Faustregel ist, dass man auf diese Weise nichts heißer machen kann als die Oberfläche des ursprünglichen Objektes… und der Mond ist zu kühl, um etwas anzünden zu können.
Ich will Euch nicht länger auf die Folter spannen: Zu Beginn meiner Messung zeigten beide Thermometer 16° an. Rund 50 Minuten später, kurz vor ein Uhr nachts kam Wind auf und ich habe die Messung beendet. Beide Thermometer zeigten da 15° an. Es hat also während der Messung im Garten etwa um ein Grad abgekühlt. Das aber im Mondschatten ganz genauso wie im Mondlicht.
Deutlich professioneller als meine zur Improvisation verurteilte Wenigkeit hat übrigens Mike West von Metabunk die Behauptung einmal überprüft: Mit einer Wärmebildkamera fand sich nicht der geringste Unterschied zwischen dem Schatten seines seit Stunden geparkten Autos und dem Asphalt, der dem Mondlicht ausgesetzt war.
Mondlicht kühlt also keineswegs. Es hat übrigens – aber das nur am Rande – nicht einmal eine „kühlere“ Farbtemperatur als Sonnenlicht. Mit etwa 4100 K liegt das Strahlungsmaximum des Mondlichts sogar bei längeren Wellenlängen als beim Sonnenlicht. Dass uns Mondlicht aschfahl oder „bläulich“ erscheint, liegt nicht an der Farbtemperatur, sondern an unserer Unfähigkeit, bei dem schwachen Licht die Farben korrekt zu sehen. Purkinje-Effekt heißt das dahinter stehende Phänomen. Nur falls jemand noch nach etwas Partywissen gesucht haben sollte.
Dass Mondlicht nicht kühlt, ist eigentlich gar nicht, was mir an der Geschichte wichtig ist. Ich denke, das wussten die meisten schon. Auch nicht, dass mein Gesprächspartner immerhin eingeräumt hat, dass er die Messung nie selber durchgeführt hatte… und sich seitdem nicht mehr gemeldet hat.
Mir ging es darum, Euch an einem einfachen Beispiel zu erklären, dass wir uns manchmal Debatten oder mühevolle Erklärungen sparen können, indem wir uns auf die Tugend der Naturwissenschaft und ihre experimentelle Basis besinnen. Das ist vor allem eine tolle Möglichkeit, wenn Kinder uns etwas fragen. Die These, dass Mondlicht kühlt, hätte ja genauso von einem Kind kommen können, das zwei an unterschiedlichen Orten hängende Thermometer mit verschiedenen Werten gesehen hat. Das dann zusammen auszuprobieren, sich zusammen zu überlegen, wie man das machen muss, wie man Fehler vermeidet, das bringt viel mehr als eine lange (langweilige) Erklärung, von der wenig hängen bleibt. Erst durch Experimente wird Naturwissenschaft zu dem, was sie ist.
Wo das mangels Technik nicht funktioniert, können wir darauf hinweisen, dass man an der Beschreibung von Messergebnissen oft erkennen kann, ob der Autor eines Textes selbstkritisch mit seinen Werten umgeht und ob er überlegt, welche Einflüsse die Ergebnisse verfälscht haben könnten. Wo das nicht der Fall ist, wo Messungen eher so gestaltet werden, dass es fast unvermeidlich ist, dass sie „gute Ergebnisse“ liefern (wie etwa die Verlaufsbeobachtungen oder handverlesenen Einzelfälle in der Alternativmedizin) haben wir guten Grund, die Messungen kritisch zu sehen.
Echte Naturwissenschaft erkennt man am Versuch, Hypothesen möglichst aussagekräftigen Tests zu unterwerfen. Und genau deshalb, weil unser gesichertes Wissen derartige scharfe Überprüfungen bestanden hat, dürfen wir davon ausgehen, hiermit ein gutes Blatt an Argumenten auf der Hand zu haben.
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