Allgemeine moderne Psychologie

Man hat mit Recht drei Hauptwurzeln der Psychologie unterschieden: die praktische Menschenkenntnis, den religiösen Seelenglauben und die biologische Lebenserklärung.
Psychologie als praktische Menschenkenntnis treiben wir alle tagtäglich, wenn wir instinktiv die Gefühle und Stimmungen, die Wünsche und Absichten unserer Mitmenschen erraten, wenn wir ihr Benehmen und Handeln aus ihren Motiven heraus deuten, wenn wir uns Vorstellungen von ihrer Begabung und ihrem Charakter bilden. Je nach Veranlagung, Lebensumständen und Schicksal bringen wir es sehr verschieden weit in dieser praktischen Menschenkenntnis.
Weiter bringt man es, wenn man wissenschaftliche Einsichten der Psychologie für die Aufgaben des praktischen Lebens dienstbar macht und sich überhaupt in den Beziehungen zwischen der psychologischen Wissenschaft und der instinktiv-praktischen Seelenkenntnis auskennt.
Hier hilft dieses Buch, indem es die grundlegenden Kenntnisse der allgemeinen modernen Psychologie systematisch und verständlich vermittelt.

Bibliographische Angaben:
Buchtitel: Allgemeine moderne Psychologie: Systematische Einführung in die Wissenschaft psychischer Prozesse
Autor(en): August Messer; Klaus-Dieter Sedlacek
Taschenbuch: 332 Seiten
Verlag: Books on Demand
ISBN 978-3-7431-7448-1
Bezug über alle relevanten Buchhandlungen, Online-Shops und Großhändler – z. B. Amazon, Apple iBooks, Tolino, Google Play, Thalia, Hugendubel uvm.

Rezensionsexemplar: presse(at)bod.de

Der deutsche Philosoph und Psychologe August Messer (1867 -1937) habilitierte sich 1899 an der Universität Gießen. 1908 bekam er einen Lehrauftrag für experimentelle Psychologie und Pädagogik. In den 1920er Jahren engagierte er sich für die Erwachsenenbildung an Volkshochschulen auf Basis einer modernen Pädagogik. Unter seinen viel gelesenen Werken finden sich Einführungen in die Psychologie, Darstellungen zur Philosophiegeschichte, zur Erkenntnistheorie und zum kritischen Realismus.

Buchmesse: Giganten der Physik

Aus den Lebensbeschreibungen geistig großer Männer wissen wir, dass sich in ihnen das Ideal dramatischer Spannung nur selten verwirklicht. Sie sind keine Romanhelden mit verwickelten Erlebnissen und abenteuerlichen Daseinsproblemen, welche die Fantasie der Betrachter sonderlich beschäftigen können. Wer ihre Entwicklung verfolgt, der bemerkt bei den meisten das Vorwalten der inneren Linie, deren Verlauf sich nur aus dem Studium ihrer Werke erschließt, nicht im Gewirr äußerlich bewegter Gestaltungen. Der geistig Bedeutende, auf gedankliche Innenarbeit konzentriert, behält nur selten die Zeit übrig, um daneben eine im epischen Sinne interessante Figur zu werden. Der nachschaffende Dichter findet in ihm kein Modell, und nur in Ausnahmefällen ist es geglückt, sein Leben als ein Kunstwerk darzustellen.
Es wäre ein vergebliches Bemühen, Einsteins Leben als einen solchen Ausnahmefall zu behandeln. Man kann die Phasen seiner Entwicklung nachzeichnen, allein weder der Beschreiber, noch der Leser werden es sich verhehlen dürfen, dass diese Aufzeichnungen das Bild des Mannes nur äußerlich, chronologisch vervollständigen können. Immerhin wird eine Schrift, die sich mit ihm beschäftigt, nicht an der Aufgabe vorbeikönnen, sein Curriculum vitae zu liefern. Und wenn es teilweise etwas aphoristisch, ungegliedert ausfällt, so möge man im Auge behalten, dass es auf dem Boden der Konversation zwischen Alexander Moszkowski und Einstein entstanden ist, in Einzelheiten der Gespräche, die je nach Anlass verschiedene Episoden seines Daseins berührten. Hier nun seine Beschreibung:
Einsteins Lebensgeschichte beginnt in Ulm, der Stadt, die das höchste Bauwerk in Deutschland besitzt. Gern würde ich mich auf die Warte des Ulmer Münsters stellen, um von ihm aus eine Rundsicht über Alberts Jugend zu gewinnen; allein der Ausblick versagt, es zeigt sich nichts am Horizont, und alles beschränkt sich auf die dürftige Wahrnehmung, dass er hier im März 1879 zur Welt kam. Zu erwähnen bliebe nur die schon an anderer Stelle genannte Einzelheit, dass es etwas Physikalisches war, das zuerst die Aufmerksamkeit des Kindes in Anspruch nahm. Sein Vater zeigte ihm einmal, als er im Bettchen lag, einen Kompass, lediglich in der Absicht, ihn spielerisch zu beschäftigen. Und in dem fünfjährigen Knaben weckte die schwingende Metallnadel zum ersten Mal das große Erstaunen über unbekannte Zusammenhänge, das den im Unterbewusstsein schlummernden Erkenntnistrieb ankündigte. Für den erwachsenen Einstein besitzt die Rückerinnerung an jenes psychische Erlebnis offenbar eine starke Bedeutung. In ihm scheinen sich alle Eindrücke der frühen Kindheit zu verlebendigen, umso stärker, als die übrigen physikalischen Gegebenheiten, wie etwa der freie Fall eines nicht unterstützten Körpers, gar keinen Eindruck auf ihn hervorbrachten. Der Kompass und immer nur der Kompass! Dies Instrument redete zu ihm in einer stummen Orakelsprache, wies ihn auf ein elektromagnetisches Feld, das sich ihm Jahrzehnte später zu fruchtbaren Studien erschließen sollte. …

Bibliographische Angaben:
Buchtitel: Giganten der Physik: Die Top10-Physiker der Menschheitsgeschichte
Autor(en): Klaus-Dieter Sedlacek;
Taschenbuch: 216 Seiten
Verlag: Books on Demand
ISBN 978-3-7431-3800-1
Ebook: ISBN 978-3-7431-2224-6
Bezug über alle relevanten Buchhandlungen, Online-Shops und Großhändler – z. B. Amazon, Apple iBooks, Tolino, Google Play, Thalia, Hugendubel uvm.

Rezensionsexemplar: presse(at)bod.de

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Die Befreiung des Bewusstseins von den Fesseln der Zeit

Die für uns Menschen hohe Bedeutung der Frage nach dem zeitlichen Ende unserer Existenz und ihre vernunftmäßige Beantwortung soll in diesem Buch unsere Aufgabe sein, dagegen nicht die Antwort, welche der Glaube sucht.
Ich gebrauche hier das „Wir“, weil ich Sie mitnehmen möchte auf den Weg der Beantwortung, den ich mit Ihnen gemeinsam gehen möchte.
Wir wollen also im Nachfolgenden auf dem Boden der Wissenschaft bleiben, und da haben wir ganz nüchtern zu untersuchen, wie weit wir von den Tatsachen aus und vom Standpunkt des logischen Denkens das Geheimnis des zeitlichen Endes enthüllen und die Frage beantworten können: Gibt es ein Leben nach dem Leben?
Sind wir diesen Weg unerbittlich bis ans Ende gegangen, dann mag ein jeder Leser sich entscheiden, ob er danach noch mit gutem Gewissen einen anderen Weg, den Weg Herzens gehen will. Vielleicht, dass dieser ihm dann noch manche Strecke des Vernunftweges, die der Natur der Sache nach dunkel bleiben musste, in eigenartiger Weise beleuchtet.
Wir können den Weg des vernunftmäßigen Denkens auch den kritisch-wissenschaftlichen nennen. Dann aber besteht er darin, dass wir alle Erscheinungen, die mit der betreffenden Frage, für uns also mit der Frage nach dem zeitlichen Ende, zusammenhängen, vorurteilsfrei prüfen und aus ihnen das Allgemein-Gültige herausschälen, wobei wir niemals von logisch klarer Begriffsbildung und Schlussfolgerung abweichen dürfen.
Bemühen wir uns also in diesen Untersuchungen diesen Weg nie zu verlassen, nur dann werden wir bis zum Schluss festen Boden unter den Füßen behalten.
Nun möchte es von vornherein höchst schwierig erscheinen, für unseren Weg den geeigneten Anfang zu finden, weil es sich ja eben doch um ein Etwas handelt, das wir unbedenklich zunächst als „Geheimnis“ bezeichnen.
Allein es gibt doch einen Weg, und zwar einen sehr aussichtsvollen.
Unsere Grundfrage muss natürlich sein: „Was ist das zeitliche Ende?“ Wir werden aber auch dadurch zum Ziel kommen können, dass wir vorerst einmal nach dem etwaigen Gegenteil des zeitlichen Endes fragen.
Können wir dieses verstehen, dann werden wir am Ende von ihm aus auch das Geheimnis des zeitlichen Endes in etwa zu entwirren imstande sein.
Als Gegenteil des zeitlichen Endes sehen wir das Leben an, und da wir alle im Leben sind, da das Leben unser ureigenster Besitz ist, so werden wir von ihm etwas zu sagen wissen.
Freilich wollen wir uns von vornherein nicht verhehlen, dass wir uns auch hier einem schweren Problem gegenüber befinden, dem Geheimnis des Lebens. Allein so viel ist klar, dass es das weniger schwierige Problem für uns sein muss, eben deshalb, weil wir selbst in ihm stehen, und dass wir das Geheimnis des zeitlichen Endes am besten vom Problem des Lebens aus werden verstehen können. Daher soll dieses uns zunächst beschäftigen.
Was ist das Leben? Diese Frage stellen wir zuerst.
Das Leben ist eine Naturerscheinung, es gehört zur Natur, — darüber besteht zunächst nicht der geringste Zweifel. Wenn dies aber der Fall ist, dann befinden wir uns mit der Frage nach dem Leben auf dem Boden der Naturwissenschaft. Und sie muss uns bei Beantwortung der Frage helfen können.

Bibliographische Angaben:
Buchtitel: Leben nach dem Leben: Die Befreiung des Bewusstseins von den Fesseln der Zeit
Autor(en): Klaus-Dieter Sedlacek;
Gebunden: 144 Seiten
Verlag: Books on Demand
ISBN 978-3-7392-4013-8
Ebook: ISBN 978-3-7412-6055-1
Bezug über alle relevanten Buchhandlungen, Online-Shops und Großhändler – z. B. Amazon, Apple iBooks, Tolino, Google Play, Thalia, Hugendubel uvm.

Die ersten Spuren psychischer Erscheinungen

Buchvorstellung: ‘Das psychische Leben von Mikroorganismen – Eine Studie in experimenteller Psychologie’. Es geht unter Anderem darum, dass alle lebenswichtigen Phänomene bereits in den allereinfachsten Zellen und Lebewesen vorhanden sind.

Es gibt mikroskopisch winzige Lebewesen, die kein Gehirn haben und dennoch so etwas wie ein Gedächtnis. Diesen Lebewesen fehlen alle Sinnesorgane, dennoch können sie anscheinend sehen, hören, riechen und fühlen. Sie haben keine Arme oder Beine, dennoch können sie laufen und bei Bedarf so etwas wie Ärmchen nachbilden, um sich damit das zu greifen, was sie wollen. Sie können jagen, sich verteidigen, ja sie haben sogar ein ausgeprägtes Sexualleben.
Alfred Binet führt uns im Rahmen seiner Studie über das psychische Leben der einzelligen Mikroorganismen in diese geheimnisvolle Welt ein, die vielseitiger ist, als die Welt der uns bekannten Tiere. Er weiß fundierte Antworten auf Fragen über die grundlegenden Phänomene des Lebens, beispielsweise auf die Frage, ob psychisches Leben überhaupt eine Eigenschaft der lebenden Materie ist. Der erfahrene Forscher und Psychologe Binet weiß nicht nur die Antworten, er nimmt den Leser mit auf seiner Entdeckungsreise durch die wunderbare Welt des psychischen Lebens der Mikroorganismen.

Bibliographische Angaben:
Buchtitel: Die ersten Spuren psychischer Erscheinungen: Das psychische Leben von Mikroorganismen – Eine Studie in experimenteller Psychologie
Autor(en): Alfred Binet; Klaus-Dieter Sedlacek
Taschenbuch: 144 Seiten
Verlag: Books on Demand
ISBN 978-3-7431-8088-8
Ebook:
Bezug über alle relevanten Buchhandlungen, Online-Shops und Großhändler – z. B. Amazon, Apple iBooks, Tolino, Google Play, Thalia, Hugendubel uvm.

Rezensionsexemplar: presse(at)bod.de

Der französische Psychologe Alfred Binet (1857 – 1911) gilt als Begründer der Psychometrie. Er studierte unter anderem Medizin und Biologie an der Sorbonne. Seine Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Intelligenzmessung und der Mikroorganismen sind eine Arbeitsgrundlage für Psychologen und Naturforscher auf der ganzen Welt.

Die Vitalseele der Pflanzen

Wie intelligent sind Pflanzen?Die aktuelle Buchveröffentlichung von Klaus-Dieter Sedlacek behandelt das Thema ‘Sensationelle Einblicke in die geheime Seite des pflanzlichen Wesens’. Der folgende Textauschnitt gibt dazu einen ersten Eindruck.

Der Gedanke der Beseeltheit alles Lebendigen ist nichts weniger als neu. Aber auch im Rahmen des engeren naturwissenschaftlichen Denkens war er schon aufgetaucht. Fechners „Nanna oder über das Seelenleben der Pflanzen“ war in dieser Hinsicht ein erster und schon weitgehender Versuch. Damals nahm man das nicht „ernst“. Man betrachtete es bloß als poetische Schrulle eines sonst hochverdienten Gelehrten.
Heute ist uns die Vorstellung von der Beseeltheit der ganzen Organismenwelt, also auch der Pflanze, schon viel, viel mehr als eine poetische Schrulle oder ein poetisches „Gleichnis“, — sie ist für viele, welche an den Dingen der Natur mehr zu sehen verstehen als bloß äußere Hüllen, eine Erkenntnis, ein tiefes Erfassen des dem Leben Wesentlichen geworden.

Die Vitalseele der Pflanzen weiterlesen

Erstmals klassisches Objekt teleportiert

Foto: Sedlacek
Teleportation. Foto: Sedlacek

Star Trek-Vision wird Wirklichkeit

(idw) „Beam me up, Scotty“, auch wenn Captain Kirk diesen Satz so nie gesagt haben soll, hält er sich als geflügeltes Wort bis heute. Wann immer der Chef des TV-Serien-Raumschiffs Enterprise zurück in seine Steuerzentrale wollte, genügte dieses Kommando und im selben Augenblick schon war er dort – ohne Zeitverlust durch die unendlichen Weiten des Weltraums.

Alles Science Fiction, erdacht in den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts? Nicht ganz: Physiker sind tatsächlich in der Lage, zwar keine massiven Teilchen, so aber doch deren Eigenschaften zu beamen bzw. zu „teleportieren“, wie es in der Fachsprache heißt. Erstmals klassisches Objekt teleportiert weiterlesen

Neuerscheinung: “Die letzten Ursachen”

Die letzten Ursachen - Buchcover ISBN 978-3-7392-1823-6
Die letzten Ursachen – Buchcover ISBN 978-3-7392-1823-6

Die Säulen naturwissenschaftlicher Welterkenntnis, Quantenphysik oder Relativitätstheorie basieren auf für Uneingeweihte viel zu abstrakten Formeln. Deshalb bedarf es der Naturphilosophie. Sie versucht die Strukturen der Natur mit Worten zu beschreiben, anschaulich zu erklären und zu deuten. Neue Erkenntnisse über Bewusstsein, Information und einen physikalischen Bereich jenseits von Raum und Zeit werden in „Die letzten Ursachen“ gemeinverständlich dargestellt. Neuerscheinung: “Die letzten Ursachen” weiterlesen

Wie Exoplaneten entdeckt werden können

Das bunte Spektrum des Lichts trifft auf einen Frequenzkamm, der durch ein gelbes Band mit weißen Linien dargestellt ist.

Frequenzkämme

Um hochfrequente Schwingungen zu messen, nutzen Forscher ein ganz spezielles Lineal – den sogenannten Frequenzkamm, für den es 2005 den Nobelpreis für Physik gab. Inzwischen kommt das Laserlineal in vielen Gebieten zum Einsatz.

Sichtbares Licht besitzt Frequenzen im Bereich von Hunderten von Terahertz. Diese Frequenzen lassen sich elektronisch nicht direkt messen oder zählen. Man muss also ein Hilfsmittel erfinden, das diese Frequenzen der elektronischen Messtechnik zugänglich macht. Dieses Hilfsmittel ist der Frequenzkamm, eine besondere Art von Laser. Ein handelsüblicher roter Laser sendet eben nur rotes Licht aus – der Laser des Frequenzkamms hingegen strahlt weiß, ähnlich wie Sonnenlicht. Zerlegt man das weiße Sonnenlicht mit einem Prisma in seine Einzelteile, wird man alle Farben des Regenbogens beobachten. Dies ist das Spektrum des Sonnenlichts. Auch der Frequenzkamm deckt den gesamten Wellenbereich des sichtbaren Lichts ab, allerdings ist sein Spektrum nicht kontinuierlich. Er sendet nur bestimmte Frequenzen aus.

Tobias Wilken: „Das Fantastische am Frequenzkamm ist, dass der Abstand zwischen jeder einzelnen dieser Frequenzen exakt gleich ist, wobei der Abstand im Radiofrequenzbereich liegt. Das heißt, auch wenn jede Frequenz, die dieser Laser emittiert, im optischen Bereich liegt, also bei Hunderten von Terahertz, so liegt der Abstand zwischen den Frequenzen im Radiofrequenzbereich, also bei unter einem Gigahertz.“

Mit dem Frequenzkamm lassen sich optische Frequenzen deshalb mit äußerster Präzision vermessen, weshalb man ihn auch als Laserlineal für Licht bezeichnet. Zum Einsatz kommt dieses Lineal zum Beispiel bei Lasern, die kontinuierlich Licht abstrahlen – sogenannte Continuous-Wave- oder kurz CW-Laser. Wie Exoplaneten entdeckt werden können weiterlesen

Geheimnisvolle Signale aus einer fernen quantenkosmologischen Vergangenheit

Was passierte bei der Geburt des Weltalls? Wie konnten sich Sterne, Planeten und ganze Galaxien überhaupt bilden? Das sind die Fragen, die Viatcheslav Mukhanov mit seinen Berechnungen zu beantworten versucht. Mukhanov ist Physik-Ordinarius an der LMU und Experte für Theoretische Quantenkosmologie. Und es ist seine Idee der Quantenfluktuationen, die ein entscheidendes Moment in der Startphase des Universums beschreibt: Ohne die Dichteschwankungen, die aus den minimalen Fluktuationen entstehen, lässt sich die spätere Verteilung der Materie und die Bildung von Sternen, Planeten und Galaxien schwerlich erklären.

Jetzt hat das Planck-Konsortium neue Auswertungen von Messergebnissen veröffentlicht. Das Weltraumteleskop hat die kosmische Hintergrundstrahlung vermessen und damit ein Abbild des frühen Universums geliefert. Diese neuen Planck-Daten decken sich exakt mit den Berechnungen des LMU-Kosmologen, etwa für die entscheidende Größe des sogenannten Spektralindexes. „Die Planck-Daten haben die grundlegende Voraussage bestätigt, dass Quantenfluktuationen am Anfang aller Strukturen im Universum stehen“, bekräftigt Jean-Loup Puget, der leitende Wissenschaftler des HFI-Instruments der Planck-Mission. „Besser könnte meine Theorie nicht bestätigt werden“, sagt Mukhanov. Schon 1981 hatte der Wissenschaftler, seit 1997 an der LMU, seinen Ansatz erstmals publiziert.

Spuren aus ferner Vergangenheit

Dass auch die Quanten im frühen Universum gewissen Fluktuationen unterlegen haben müssen, ergibt sich für Mukhanov aus der Heisenbergschen Unschärferelation. Sie besagt, dass sich Ort und Impuls eines Teilchens nicht exakt angeben lassen. Aus den submikroskopisch winzigen Fluktuationen entstanden makroskopische Dichteschwankungen. Ohne diesen Mechanismus, dessen genaue Ausprägung und Größenordnung Mukhanov berechnet, ließe sich die Verteilung von Materie im heutigen Universum nicht vorhersagen.

Die neuen Planck-Datensätze sind noch detaillierter und aussagekräftiger als die ersten Auswertungen, die vor knapp zwei Jahren veröffentlicht wurden. Mit niemals zuvor erreichter Präzision zeigen sie die Muster, mit denen sich die Fluktuationen in die Strahlung des jungen Universums eingebrannt haben. Als eine Botschaft aus ferner Vergangenheit können Teleskope wie Planck sie heute – 13,8 Milliarden Jahre später – als Mikrowellenstrahlung einfangen. So geben die Planck-Messungen Aufschluss über die Geburt des Weltalls.

Gravitationswellen nicht beglaubigt

Die Existenz von sogenannten primordialen Gravitationswellen konnten die Planck-Daten indes nicht zeigen. Diese weiteren lange gesuchten Signale des fernen Urknalls meinte das BICEP2-Team aus seinen Daten herauslesen zu können, das Teleskop vermisst von der Antarktis aus die kosmische Hintergrundstrahlung. Im März 2014 meldete das Team seine sensationelle Entdeckung – vorschnell, wie sich bald herausstellte. Und soeben veröffentlichten Planck- und BICEP2-Forscher gemeinsam einen Abgleich ihrer Daten, der keinen Nachweis der Gravitationswellen erbrachte. LMU-Forscher Mukhanov hatte schon im Frühjahr 2014 erklärt, dass die Ergebnisse von BICEP2 und Planck nicht gleichzeitig stimmen können. „Gravitationswellen mag es trotzdem geben“, sagt der LMU-Wissenschaftler. „Aber unsere Messgeräte sind offenbar noch nicht genau genug.“ Doch unabhängig davon, ob ein tatsächlicher Nachweis der Gravitationswellen gelingt: Ohne den Mechanismus der Quantenfluktuation, ergänzt Mukhanov, kommt kein Modell aus, das erklären soll, was unmittelbar nach dem Urknall geschah. (Quelle: idw)

Buchtipp:
Der Widerhall des Urknalls: Spuren einer allumfassenden transzendenten Realität jenseits von Raum und Zeit

Was ist eigentlich Entropie?

Entropie

Die Entropie wird oft missverständlich als eine Art „Unordnung“ bezeichnet. Doch das greift viel zu kurz. Einst eingeführt, um den begrenzten Wirkungsgrad von Dampfmaschinen zu erklären, wird der Begriff heute auch in vielen anderen Disziplinen genutzt.

Kaum ein Begriff der Physik wird so gerne außerhalb der Physik benutzt – und so oft abweichend von seiner eigentlichen Bedeutung – wie der der Entropie. Dabei hat der Begriff durchaus eine eng umrissene Bedeutung. Eine konkrete Definition dieser physikalischen Größe stellte der österreichische Physiker Ludwig Boltzmann in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts auf. Er konzentrierte sich auf das mikroskopische Verhalten eines Fluids, also eines Gases oder einer Flüssigkeit. Die ungeordnete Bewegung von Atomen oder Molekülen darin verstand er dabei als Wärme, was für seine Definition entscheidend war.

Entropie in der Badewanne

In einem abgeschlossenen System mit festem Volumen und fixer Teilchenzahl, so legte Boltzmann fest, ist die Entropie proportional zum Logarithmus der Anzahl von Mikrozuständen in dem System. Unter Mikrozuständen verstand er alle Möglichkeiten, wie sich die Moleküle oder Atome des eingesperrten Fluids anordnen können. Seine Formel definiert die Entropie somit als ein Maß für die „Anordnungsfreiheit“ der Moleküle und Atome: Steigt die Zahl der einnehmbaren Mikrozustände, dann wächst die Entropie. Gibt es weniger Möglichkeiten, wie sich die Teilchen des Fluids anordnen können, ist die Entropie kleiner.

Boltzmanns Formel wird oft so interpretiert, als sei die Entropie gleichbedeutend mit „Unordnung“. Dieses vereinfachte Bild führt allerdings leicht in die Irre. Ein Beispiel dafür ist der Schaum in einer Badewanne: Wenn die Bläschen zerplatzen und die Wasseroberfläche glatt wird, hat es den Anschein, als nehme die Unordnung ab. Die Entropie tut das aber nicht! Tatsächlich nimmt sie sogar zu, denn nach dem Zerplatzen des Schaums ist der mögliche Aufenthaltsraum für die Moleküle der Flüssigkeit nicht mehr auf die Außenhäute der Bläschen beschränkt – die Zahl der einnehmbaren Mikrozustände hat sich also vergrößert. Die Entropie ist gewachsen.

Mithilfe der Boltzmannschen Definition lässt sich eine Seite des Begriffs verstehen – doch die Entropie hat auch eine andere, makroskopische Seite, die der deutsche Physiker Rudolf Clausius bereits einige Jahre zuvor aufgedeckt hatte. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts wurde die Dampfmaschine erfunden, eine klassische Wärmekraftmaschine. Wärmekraftmaschinen wandeln einen Temperaturunterschied in mechanische Arbeit um. Physiker versuchten damals zu begreifen, welchen Prinzipien diese Maschinen gehorchen. Die Forscher stellten nämlich irritiert fest, dass sich nur ein paar Prozent der thermischen Energie in mechanische Energie umwandeln ließen. Der Rest ging irgendwie verloren – ohne dass sie den Grund verstanden.

Wertigkeit der Energie

Der Theorie der Thermodynamik schien ein physikalisches Konzept zu fehlen, das die unterschiedliche Wertigkeit der Energie berücksichtigt und die Fähigkeit begrenzt, thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. In Gestalt der Entropie kam die Lösung. Mitte des 19. Jahrhunderts führte Clausius den Begriff als thermodynamische Größe ein und definierte ihn als makroskopisches Maß für eine Eigenschaft, die die Nutzbarkeit von Energie begrenzt.

Clausius zufolge hängt die Entropieänderung eines Systems von der zugeführten Wärme und der dabei herrschenden Temperatur ab. Zusammen mit Wärme wird immer Entropie übertragen, so sein Fazit. Darüber hinaus stellte Clausius fest, dass die Entropie in geschlossenen Systemen, anders als die Energie, keine Erhaltungsgröße ist. Diese Erkenntnis ging als der zweite Hauptsatz der Thermodynamik in die Physik ein:

„In einem geschlossenen System nimmt die Entropie niemals ab.“

Die Entropie nimmt demnach immer zu oder bleibt konstant. Damit wird in die Physik geschlossener Systeme ein Zeitpfeil eingeführt, denn bei wachsender Entropie sind thermodynamische Prozesse in geschlossenen Systemen unumkehrbar (oder irreversibel).

Reversibel (umkehrbar) wäre ein Prozess nur dann, wenn die Entropie konstant bliebe. Das ist aber bloß theoretisch möglich. Alle realen Prozesse sind irreversibel. Frei nach Boltzmann kann man auch sagen: Die Zahl der möglichen Mikrozustände nimmt jederzeit zu. Diese mikroskopische Interpretation erweitert die thermodynamisch-makroskopische Interpretation durch Clausius. Durch die Entropie ließ sich das Rätsel um die verschwundene Energie in Wärmekraftmaschinen endlich auflösen (siehe Kasten). Ständig entzieht sich ein Teil der Wärmeenergie der mechanischen Nutzbarkeit und wird wieder abgegeben, weil die Entropie in geschlossenen Systemen nicht abnehmen darf.

Vielseitiger Einsatz

Seit den Erkenntnissen von Clausius und Boltzmann ist die Entropie auch in andere Bereiche der Physik eingezogen. Sogar außerhalb der Physik griff man sie auf, jedenfalls als mathematisches Konzept. Beispielsweise führte der US-amerikanische Mathematiker und Elektrotechniker Claude Shannon im Jahr 1948 die sogenannte Informationsentropie ein. Mit dieser Größe charakterisierte er den Informationsverlust in Übertragungen per Telefonleitung.

Auch in der Chemie und Biologie spielt die Entropie eine Rolle: In bestimmten offenen Systemen können sich neue Strukturen bilden, sofern Entropie nach außen abgegeben wird. Es muss sich dabei um sogenannte dissipative Systeme handeln, bei denen also Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Diese Theorie der Strukturbildung stammt vom belgischen Physikochemiker Ilya Prigogine. Bis heute werden Arbeiten veröffentlicht, in denen der physikalischen Tragweite des Konzepts neue Aspekte hinzugefügt werden.

Wirkungsgrad und Entropie

Warum ist der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen begrenzt? Rudolf Clausius löste dieses Rätsel, indem er den Begriff der Entropie einführte. Der Physiker betrachtete den Kreisprozess einer idealisierten Wärmekraftmaschine, bei dem sich Expansion und Kompression unter isothermen (konstante Temperatur) und isentropen (konstante Entropie) Bedingungen abwechseln. Durch Verknüpfung der Energieerhaltung mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ergibt sich in diesem sogenannten Carnotprozess die folgende Ungleichung für den Wirkungsgrad:

η≤(T1T2)/T1

T1 und T2 sind die beiden Temperaturen, zwischen denen der Kreisprozess betrieben wird. Der maximal erreichbare Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine ist also durch thermodynamische Gesetzmäßigkeiten begrenzt. Ein Beispiel: Wird die Maschine zwischen 100 und 200 Grad Celsius betrieben, dann liegt der maximal erreichbare Wirkungsgrad bei rund 27 Prozent (die Temperaturwerte müssen in der Einheit Kelvin in die Formel eingesetzt werden).

Aus der Energieerhaltung und dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik lassen sich auf mathematischem Weg auch noch zwei weitere nützliche Erkenntnisse ableiten: Wärme kann nur dann von einem kalten auf einen warmen Körper übergehen, wenn Arbeit aufgewendet wird – Kühlschränke und Wärmepumpen benötigen eine Energiezufuhr. Zweitens lässt sich mit einem Wärmereservoir konstanter Temperatur keine Arbeit verrichten. Dazu ist immer der Fluss von Wärme zwischen Reservoirs unterschiedlicher Temperatur notwendig.

Entropie in Formeln

Der Begriff Entropie ist eine Neubildung durch Rudolf Clausius aus griechischen Wörtern und bedeutet übersetzt ungefähr „Wandlungsgehalt“. Laut dem Physiker hängt die Entropieänderung ΔS eines Systems folgendermaßen mit der zugeführten Wärme und der Temperatur zusammen:

ΔS=ΔQ/T

Dabei bezeichnet ΔQ eine kleine, dem System reversibel zugeführte Wärmemenge und T die Temperatur, die bei dieser Übertragung herrscht. Die Formel besagt, dass zusammen mit Wärme immer Entropie übertragen wird. Boltzmanns Definition der Entropie beruht auf dem Verständnis der Wärme als ungeordnete Bewegung von Atomen oder Molekülen. Ihm zufolge ist die Entropie S durch folgende Formel gegeben:

S=k lnW

Die Entropie ist also proportional zum Logarithmus der Zahl W der „Mikrozustände“ eines Systems, wobei alle anderen Parameter – wie Volumen und Teilchenzahl – konstant sind. Mit den Mikrozuständen sind die Möglichkeiten gemeint, wie die Moleküle oder Atome eines eingesperrten Fluids angeordnet sein können. Die Konstante k ist die Boltzmann-Konstante.

Autor: Sven Titz; Quelle: Welt der Physik; Lizenz: CC by-nc-nd

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Ein Wissensmagazin des Autors Klaus-Dieter Sedlacek mit populären und spannenden Berichten über das Wissen von der Antike bis zur Zukunft

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