Woher kommt Energie?

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4 Antworten

Hallo Psyllon,

die Frage zum Urknall geht ziemlich tief "ins Eingemachte" der physikalischen Modellvorstellungen.

Im Universum ist die Energie eine "Erhaltungsgröße". Das heißt, dass sie bei allen Vorgängen innerhalb eines geschlossenen Systems erhalten beliben muss. Dabei können aber verschiedene Formen der Energie beteiligt sein und ineinander umgewandelt werden. Manche dieser Formen sind offensichtlicher und auch nutzbar - andere nicht.

So hat man beim Schlittenfahren zum Beispiel zuerst Energie in Form von potentieller Energie, weil wir oben auf dem Hügel stehen. Diese wandeln wir in kinetische Energie (Bewegungsenergie) um, wenn wir losfahren. Ein klein wenig wandeln wir über die Reibung dabei auch in Wärme (auch eine Energieform!) um: Schnee schmilzt und Kufen erwärmen sich. Entweder fahren wir, bis die gesamte Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wurde - oder wir wandeln einen Teil davon mittels Verformungsenergie um, wenn wir gegen einen Baum fahren.

Das Beschriebene ist eine unmittelbare Alltagserfahrung. Wenn wir nun aber versuchen, sie auf das Universum zu übertragen, machen wir einen Fehler: Im Moment des Urknalls ist das Universum kein geschlossenes System. Der Energieerhaltungssatz gilt in diesem Moment tatsächlich nicht so ohne weiteres.

(Um die korrekte Formulierung wenigstens drinne zu haben: Das Nöther-Theorem zeigt, dass der Energieerhaltungssatz äquivalent ist mit der Zeitinvarianz aller Vorgänge im Universum. Bei T=0 haben wir eine zeitliche Singularität und die Zeitinvarianz ist verletzt.)

Tatsächlich beschreiben Physiker den Urknall auch eher als einen "Phasenübergang". Mit dem Urknall beginnen unsere Defintionen von Zeit, Raum und unsere Naturgesetze überhaupt erst Sinn zu machen. Das ist mit dem "davor ist nichts" gemeint: Nichts von dem, was wir im Universum kennen, kann vorausgesetzt werden.

Die Heisenbergsche Unschärferelation gibt eine mögliche (!) Erklärungdafür, wie aus virtuellen Quantenfluktuationen durch einen Phasenübergang etwas Reales entstehen kann:

Nach ihr sind Δt *ΔE > ħ.

Was heißt das? Auf der Ebene der allerkleinsten Dinge, in der Quantenwelt, sind manche Größen nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmt. Das gilt zum Beispiel für die Größen Zeit und Energie. In sehr kurzen Zeitintervallen Δt ist die Energie sehr ungenau festgelegt. Das bedeutet aber auch, dass "Nichts" auf dieser quantenmechanischen Ebene ein brodelndes "Etwas" ist. Ständig entstehen virtuelle Systeme mit einer Energie ΔE und zerfallen wieder nach der Zeit Δt. Sie können nicht länger existieren, weil sie ihre Energieschuld ans Nichts zurückzahlen müssen. Dieses Modell sagt letztlich, dass in der Natur wegen der ihr prinziell innewohnenden Unschärfe nicht scharf "Nichts" stabil sein kann.

Aber wenn jetzt ein System für sehr kurze Zeit Δt entsteht, in dem innerhalb seiner kurzen Lebensdauer etwas passiert, ein Prozess abläuft, bei dem genug Energie frei wird, so dass ΔE ans Nichts zurückgezahlt werden kann, dann kann das System real werden und existieren. Ein Phasenübergang könnte eine solche Energiefreisetzung bewirken.

Weil das wirklich nicht ganz anschaulich ist, würde ich Dich gerne an diesen Vortrag von Josef Gaßner weiterreichen, in dem er versucht, diese Vorstellungen einigermaßen anschaulich zu erklären.

Grüße

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Soweit die Physiker uns das überhaupt sagen können, kommt alle Energie aus dem Vakuum.

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Also erst mal: Energie kann nicht herrgestellt oder verbraucht werden, sondern nur umgewandelt werden. Und Energie befindet sich in jedem Gegestand. Und wie willst du Energie als Element betrachten? 

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Energie kann nicht entstehen - sie wird nur umgewandelt! Aber woher sie kommt... dass weiß man nicht

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