Alfred Evert 10.10.2006

05.01. Fliegen durch Nichts, Struktur im Chaos

Reale Teile-Welten
In diesem Abschnitt sollen die uns bekannte Welt realer Teile im Vordergrund stehen und nur einige Differenzen zur schwer verständlichen Welt des Äthers genannt werden. Zunächst werden einige wohl bekannte und banale Sachverhalte aufgelistet, die in späteren Kapiteln aber Bedeutung gewinnen. Unsere Erfahrungswelt besteht aus Teilen, die wir ständig und vielfältig handhaben und z.B. Maschinen damit bauen. In Bild 05.01.01 ist (links bei A) sehr schematisch ein Querschnitt durch eine beliebte Konstruktionen dargestellt, einen Verbrennungsmotor.

Im Motorgehäuse dreht die Kurbelwelle, mittels Kurbelarm und Pleuelstange wird der Kolben im Zylinder auf und ab geführt, in den Hubraum variablen Volumens wird Luft eingesaugt und verdichtet, Brennstoff eingespritzt und gezündet, Hitze entsteht und treibt den Kolben abwärts, die Verbrennungsgase werden ausgestoßen und überflüssige Wärme per Kühlwasser abgeführt.

In dieser Maschine wird Material aller drei Aggregatszustände verwendet: feste Stoffe (grau) für die Maschinenteile, Flüssigkeit (blau) für die Kühlung, Gas (rot) als Durchsatz-Medium - und darüber hinaus könnte der Zündfunken kurzfristig sogar den vierten Aggregatszustand eines Plasmas (gelb) erzeugen.

In diesem Bild rechts bei B sind einige Eigenschaften der Aggregatszustände beispielhaft dargestellt. Besonders auffallend ist die Relation der Volumen, welche (nach Gewicht) vergleichbare Mengen von Atomen bzw. Molekülen einnehmen. Eisen (FE) besteht aus relativ schweren, dicht beieinander sitzenden Atomen (grauer kleiner Punkt). Wassermoleküle (H2O) sind dreimal leichter und in lockerem Verbund angeordnet, so dass die gleiche Masse Wassers (blauer Punkt) etwa sieben mal mehr Volumen beansprucht (hier dargestellt als siebenfach größere blaue Fläche).

Siebenhundertmal mehr Volumen als Wasser jedoch beansprucht Luft (N+O) unter Normalbedingungen (rote Fläche). Die Atome der Luft sind fast gleich schwer wie H2O, aber viel weiträumiger verteilt. Die Gas-Atome sind geradezu vernachlässigbar klein in Relation zum beanspruchten Volumen - winzige Punkte in einem riesigen Meer von Nichts - nach gängiger Lehre. Nach meiner Anschauung jedoch ist dieser Zwischenraum aufgefüllt mit Äther (E) und auch diese materiellen Teilchen sind nichts anderes als Äther, nur eben lokal jeweils spezielle Bewegungen dieses Plasmas.

Bewegung, Wärme, Dichte
Bewegung (B) ist das gemeinsame Merkmal aller Aggregatszustände. Plasma ist pure Ätherbewegung, die Atome der Gase rasen unablässig durch den Raum, Flüssigkeiten sind so ´weich´, dass sie vom Gravitationsdruck jeden kleinsten Abhang hinunter gedrückt werden, ortsfeste Festkörper erscheinen nur unbewegt, wobei jedoch ihre Atome fortwährend zittern. Materie aller Aggregatszustände befindet sich also fortwährend in Bewegung, von fest über flüssig zu gasförmig jedoch auf zunehmend größeren Distanzen. Plasma bzw. der Äther als Hintergrund aller Erscheinungen ist ebenso in fortwährender Bewegung - allerdings bleibt Äther dabei immer nahezu ortsfest (ähnlich zum ´ortsfesten´ Zittern der Festkörper).

Ein Ausdruck von Geschwindigkeit bzw. Heftigkeit der Teilchenbewegung wird ´Wärme´ (W) genannt. Atome fester Körper können mehr oder weniger heftig zittern, z.B. von ´kaltem bis glühendheißem´ Eisen. Die Bestandteile von Flüssigkeiten können sich relativ zueinander mehr oder weniger heftig bewegen (und dabei auch kondensieren bzw. verdampfen). Gase rasen schneller durch den Raum oder werden so langsam, dass sie flüssig werden. ´Wärme´ ist also Ausdruck von Bewegungsintensität unter Teilchen - und ist damit nicht anwendbar auf teilchenloses Ätherplasma.

Das All gilt als extrem kalt, aber nur weil es dort draußen sehr sehr wenige materielle Teilchen gibt, die auf ein Thermometer einhämmern könnten. Licht rast durch das All - aber diese ´elektromagnetische Welle´ ist nicht ´warm´, erst ihr Auftreffen auf ein materielles Teilchen kann dessen Bewegungsintensität erhöhen. Wärme bzw. Temperatur gibt es also nur auf Ebene der materiellen Erscheinungen und auch dort tritt sie nur in Erscheinung bei ´Wechselwirkung´, d.h. wenn die Heftigkeit von Bewegung unter Teilchen ausgetauscht wird. Alle Vorgänge im Äther selbst, z.B. obiger Lichtstrahl aber auch das Wirbelmuster eines Elektrons sind zwar Bewegung, aber dieser interaktions-bedingte Wärmebegriff ist darauf nicht anwendbar. Äther selbst hat keine Temperatur (und damit auch nicht der Freie Äther im Universum).

Analog verhält es sich mit dem Begriff der ´Dichte´ (D). Wirklich variable Dichte kann nur Gas aufweisen, z.B. im Hubraum dieses Verbrennungsmotors. Flüssigkeiten weisen je nach Temperatur etwas unterschiedliche Dichte auf, sind jedoch nicht beliebig komprimierbar. Ähnliches gilt für Festkörper mit fast gleich bleibender Dichte, einfach weil deren Atome oder Moleküle schon unter Normalbedingung sehr eng zusammen sitzen. Je kleiner dicht sitzende Teilchen sind, desto weniger kann die relative Dichte schwanken - und der Begriff ´Dichte´ kann darum auf ein teilchenloses Plasma nicht mehr angewandt werden: Äther ist durchgängige Substanz ohne die Möglichkeit von Dichte-Schwankungen.

Irre Vorstellung
Die Begriffe Wärme und Dichte sind also für ´meinen teilchen- und lückenloser Äther´ nicht zutreffend. Das mag vielen Lesern unverständlich erscheinen. Aber ´Wärme´ wird selbstverständlich auch nicht angewandt auf diverse ´Felder´. Ein Elektro- oder Magnet- oder Schwerkraft-Feld ist natürlich weder kalt noch warm. Der Begriff ´Dichte´ wird gelegentlich auf Felder angewandt, aber Felder beschreiben Kräfte, also wäre ´Stärke´ zutreffender als Dichte. Es gibt also durchaus physikalische Erscheinungen, auf die ebenfalls Begriffe von Wärme oder Dichte nicht anwendbar sind (eben weil vorige Felder unmittelbare Auswirkungen von Ätherbewegungen sind, ohne eigenständig und lokal abgegrenzte Entitäten materieller Art zu sein).

Mein Äther ist also keinesfalls ´elastisch´ und Erscheinungen basieren nicht auf irgendwelcher ´Verdünnung oder Verdickung oder Kondensierung´ einer Substanz variabler Dichte, wie das so gern in vielen Theorien angenommen wird. Dort gibt es z.B. ´Kristallisation von Materie aus dem Vakuum heraus´ oder ´virtuelle Teilchen´ - alle ohne logische Erklärung des Wie und Warum.

Bewegung in Gasen
Im folgenden möchte ich mich auf Gase konzentrieren, weil dort beste Möglichkeiten freier Bewegung für Teilchen gegeben sind, anderseits auch zwingend notwendige Effekte deutlich zum Ausdruck kommen.

In Bild 05.01.02 ist hellrot der Bereich eines Gases markiert. Die roten Punkte repräsentieren Atome. Der rote Strich jeden Atoms kennzeichnet dessen zuletzt zurück gelegten Weg. Dieses Bild zeigt keine reale Relationen. Es sind viel zu viele Atome in diesen Bereich hinein gedrückt. Die Atome stehen niemals so geordnet im Raum. Die Atome bewegen sich nicht nur auf diesen senkrechten und waagrechten Wegen.

Insofern können dieses Bild wie auch folgende Animation nur aufzeigen, wie sich Atome eines Gases durcheinander hindurch bewegen können und dennoch immer wieder kollidieren, entweder gegenseitig oder mit der Wand. Allgemein wird unterstellt, dass diese Kollisionen ´vollkommen elastisch´ erfolgen (also ohne Verlust an Bewegungsenergie), wobei Richtung und Geschwindigkeit nur jeweils zwischen den Teilchen ausgetauscht werden (was hier durch jeweils gleich lange Wege je Zeiteinheit repräsentiert wird).

Dieses Bild entspricht auch gängiger Vorstellung insofern, als geradlinige konstante Geschwindigkeit unterstellt wird. Allerdings haben innerhalb eines Gases nicht alle Teilchen genau gleiche, sondern nur ähnliche Geschwindigkeit (nach glockenförmiger Verteilung). Es wird auch unterstellt, dass Teilchen in Gasen keine anziehend oder abstoßende Wirkung haben (außer bei Polarisierung, wo z.B. das ´Gemisch der Gase H2 und O´ eine Flüssigkeit ergeben).

Da hier die Bewegungen auf senkrechte und waagrechte Richtungen reduziert sind, ergibt sich der falsche Eindruck, dass ein Gas-Atom im Raum nicht voran kommt. In Realität bewegen sich alle Atome in chaotischer Richtung und es ergibt sich dabei auch zwingend die Möglichkeit, dass einzelne Atome unglaublich schnell und weit im Raum voran kommen (siehe unten).

Leere in Gasen
Bild 05.01.04 bei A zeigt sehr viel realistischere Verhältnisse hinsichtlich der ´chaotischen´ Richtungen, in welche sich die Atome momentan bewegen. Vollkommen unrealistisch ist aber noch immer die Dichte der skizzierten Atome zur gegebenen Fläche. Die realen Verhältnisse sind auf Papier oder am Bildschirm nicht darstellbar, folgendes Beispiel aber mag einen stimmigen Eindruck ergeben.

´Nordic-Walking´ ist in und darum versammeln sich viele gesundheitsbewusste Walker auf einer riesigen Ebene. Weil ihnen Natur als Umgebung zu wenig gibt, veranstalten sie ein ´Event´: alle verteilen sich auf dem Feld und auf Kommando läuft jeder in eine beliebige Richtung zügig voran, immer total gerade aus. Als ´Trefferfläche´ gilt ein Quadratmeter und bei jedem Treffen tauschen die Partner ihre jeweilige Richtung aus. Zielsetzung dieser Übung ist ... aber Events sind ohnehin Selbstzweck.

Auf jeden Fall werden manche Walker schon nach wenigen Metern einen Kollegen - oder eine Kollegin - treffen, andere erst nach hundert Metern oder noch später. Zielsetzung dieses Vergleiches ist, die ´Leere´ in Gasen augenscheinlich zu machen. In Gasen unter Normalbedingung bewegen sich Atome im Durchschnitt tausendmal um ihren Durchmesser vorwärts, bevor es zu einer Kollision kommt. Bei obiger ´Trefferfläche´ von einem Meter würde ein Walker im Durchschnitt nach jeweils einem Kilometer auf einen anderen Walker treffen - und es fänden wohl nicht viele solch langweiliger Events statt - bzw. warum stellen die Gas-Teilchen nicht auch bald dieses sinnlose Rasen durch Leere ein?

Bekannte Thermodynamik
In Bild 05.01.04 bei B ist schematisch dargestellt, wie sich erhöhte Wärme (im Vergleich zu A) ergibt. Die Atome bewegen sich nur etwas schneller, treffen damit heftiger auf die Wände, bringen diese in stärkeres Zittern. Umgekehrt wird durch wärmere Wände natürlich auch ein Gas entsprechend aufgeheizt - jeweils zwingend ´fließt Wärme von warm nach kalt´ - wie allgemein bekannt (mit ´Zielsetzung´ größerer Entropie).

Daneben bei C ist der verfügbare Bereich für die gegebene Anzahl Atome verkleinert. Die Atome treffen damit früher und häufiger auf die Wand, womit ´erhöhter Druck´ angezeigt wird. In obigem Kolbenmotor wird das verfügbare Volumen verringert indem der Kolben in den Zylinder hinein fährt. Diese bewegliche Wand stößt die Atome beschleunigt zurück, womit sich zugleich größere Wärme ergibt.

Ich habe mir damit wieder einmal erlaubt, mit einem simplen Beispiel die Realität ´praktisch leerer´ Gase zu veranschaulichen (weil mit Atomdurchmessern von 10-hoch-minus-10 und Wegstrecken von 10-hoch-minus-7 kaum eine reale Vorstellung sich einstellt). Diese Sachverhalte sind längst und bestens bekannt, Fachleute kennen die einschlägigen Fachbegriffe und Formeln. Ich spreche diese Fakten nur kurz an, nur mit umgangssprachlichen Begriffen und simplen Beispielen, um eine realistische Vorstellung der Relationen und Prozesse in Gasen zu vermitteln - und weil eben doch nicht alles ganz so ist bzw. gängige Lehre nicht immer alle Konsequenzen heraus stellt oder zweckdienlicher Nutzen daraus gezogen wird (siehe z.B. den völlig unbefriedigenden Nutzungsgrad von Verbrennungsmotoren).

Mischung
In Bild 05.01.05 bei A sind zwei feste Körper (dunkelgrau und hellgrau) skizziert und bekanntlich sind diese nicht zu ´vermischen´ (sofern sie im festen Aggregatszustand verbleiben). Eine wesentliche Eigenschaft fester Körper ist nun mal, dass ihre Teilchen einen Verbund darstellen mit einer gemeinsamen ´harten´ Außengrenze.

Bei B sind nebeneinander zwei Flüssigkeiten dargestellt (dunkelblau und hellblau). Der Verbund von Teilchen in Flüssigkeiten ist nicht so starr, aber die Teilchen bleiben in der Regel stets bei ihren Nachbarn. Mischen lassen sich Flüssigkeiten aber durch Umrühren (wie hier skizziert) oder Schütteln.

Bei C und D ist ein Gas in zwei Bereiche (dunkelrot und hellrot) dargestellt. Es sind zwei Teilchen eingezeichnet und deren potentielle Wege. In Gasen ist so viel Leere gegeben und die Teilchen bewegen sich ´chaotisch´, so dass sie nicht immer bei ihren Nachbarn bleiben müssen (wie oben in der allzu schematischen Darstellung bei 05.01.02).

Beispielsweise verbreiten sich Duftstoffe erstaunlich schnell und kleinste Mengen reichen aus, um in einem großen Raum augenblicklich wahrnehmbar zu werden (z.B. wenn die Diva mit exotischem Parfüm den Saal betritt). Gasen ist große ´kinetische Energie inhärent´ und es finden darin sehr dynamische Prozesse statt. Unterschiedliche Gase vermischen sich schnell und vollständig, automatisch ohne äußeren Eingriff (wie obiges Rühren in Flüssigkeiten).

Manchmal muss ich mich für simple Beispiele entschuldigen, manchmal für zu verwirrende Darstellungen. Diese Animation ist stressig, weil sie unser Wahrnehmungsvermögen überfordert (obwohl nur zwei Bilder je Sekunde). Die Animation zeigt links einen Bereich, in welchem anfangs zehn rote Teilchen willkürlich verteilt sind. Im rechten Bereich sind entsprechend zehn blaue Teilchen skizziert. Willkürlich ist jedem Teilchen eine Anfangsbewegung zugeordnet. Die Animation zeigt über zwölf Schritte den ´Flugverkehr´, indem die jeweils zurück gelegten Wege durch Linien markiert sind.

Man muss sich sehr konzentrieren, um die Wanderung eines Teilchens zu verfolgen. Die Entwicklung ist leichter zu erkennen aus einer Folge von Standbildern. Im Bild 05.01.07 sind dazu vier Phasen der Bewegungsabläufe dargestellt, Bild 05.01.08 zeigt in vier (anderen) Phasen die jeweiligen Positionen der roten und blauen Teilchen.

Obwohl dieser ´Luftraum völlig überfüllt´ ist, erreichen die ersten Teilchen das andere Ende schon nach wenigen (in diesem Beispiel acht) ´Spielzügen´. Die vollständige Vermischung ist nach kurzer Zeit abgeschlossen (hier sind nach zwölf Spielzügen die roten und blauen Teilchen in beiden Hälften je etwa hälftig vorhanden). Nie wieder wird eine komplette ´Entmischung´ eintreten.

Keine Gleichverteilung
Der Mischprozess findet keinesfalls nur an der Grenzlinie statt, vielmehr ´fallen´ einzelne Teilchen in zufällig leere Räume sehr weit vorwärts. Auffällig ist, dass die Teilchen keinesfalls gleichmäßig auf die Fläche verteilt sind. Es bilden sich stets ´Knäuel´ von Teilchen, allerdings mit wechselnden Teilnehmern und in ständig wechselnder Struktur. Genauso auffällig ist, dass natürlich entsprechend große ´Blasen völliger Leere´ entstehen, die natürlich auch nie lange bestehen oder ortsfest bleiben.

Trotz pauschaler Gleichverteilung ergeben sich also stets Strukturen in Form von Anhäufungen von Teilchen und entsprechend leere Räume. Jede einzelne Struktur ist aber dynamischer Art, d.h. nur zeitweilig existent und in ständiger Veränderung. Im Gegensatz zu den uns vertrauten, stabilen Strukturen aus festen Teilen (z.B. obiger Maschine) sind diese Strukturen veränderlich und vergänglich, aber dennoch permanent gegeben.

Die anfänglichen Bewegungsrichtungen wurden willkürlich (´chaotisch´) angelegt, aber dieses Chaos bleibt keinesfalls beständig. Sehr auffällig zeigt sich vielmehr, dass mehrere Teilchen sich ziemlich parallel zueinander bewegen können, auch auf engem Raum. Lokal ist damit viel ´kinetische Energie´ versammelt, sogar mit relativ gleich gerichteter Struktur. Gerade in diesen Bereichen ´geordneter Bewegungen´ sind die Teilchen relativ nah beisammen und bilden damit zugleich einen Bereich erhöhter ´Dichte´ (und entsprechend weisen andere Bereiche zumindest zeitweilig wesentlich geringere Dichte auf).

Wir wissen, dass in festen Körpern die Teilchen in sehr kompakter Ordnung, beispielsweise in Gitterstrukturen angeordnet sind. Auch bei Flüssigkeiten wissen wir, dass Teilchen nah beisammen sind mit relativ konstantem Abstand zueinander (wenngleich dort schon Cluster-Bildung vorherrschend ist). Von Gasen wissen wir, dass in ihnen das ´Chaos´ herrscht, weil alle Teilchen wild durcheinander fliegen und kollidieren in allen Richtungen. Dennoch ist unsere Vorstellung von Chaos viel zu ´starr´.

Wir wissen beispielsweise, dass Druck in Gasen ´omnipräsent´ ist, also unterstellen wir gleichförmiges Auftreffen von Teilchen an allen Wänden. Wir unterstellen damit zugleich, dass die Teilchen gleich-verteilt im Raum sind. Pauschal ist das stimmig, aber die Formeln der Thermodynamik repräsentieren nur das Ergebnis summarisch - so wie Wahrscheinlichkeitsrechnung die Verteilung von Häufigkeiten als End-Ergebnis ermitteln kann (ob bei Würfel- oder Roulette-Spiel oder sonstigen zufalls-gesteuerten Prozessen).

Das Merkmal von Zufall und Chaos jedoch ist, dass es aktuell niemals Gleichverteilung gibt, hier also räumlich gleich große Abstände zwischen allen Teilchen und überall Bewegung in unterschiedliche Richtungen. Ganz im Gegenteil ist unabdingbar, dass zeitlich und räumlich fortwährend ungleiche Verteilung gegeben sein muss, hinsichtlich der aktuellen Positionen der Teilchen wie hinsichtlich ihrer aktuellen Bewegungsrichtungen. Nur in Summe ergibt sich ein scheinbarer Zustand ´durchschnittlicher´ Häufigkeiten.

Real sind Chaos und Zufall dadurch gekennzeichnet, dass sich stets dynamische Strukturen ergeben müssen. Wir ´stabile-Teilchen-Handhaber´ tun uns schwer mit Strukturen fortwährender Änderung (siehe vorige stressige Animation). Aber diese Bewegungsstrukturen sind so real wie ´feste Körper´, auch wenn sie ständig in wechselnder Form an wechselnden Orten auftreten.

Ordnungsfaktor
Zugegeben: in diesem Beispiel ist etwas zu viel Ordnung - weil die engen Wände hier als ´Ordnungsfaktor´ mit wirken. An diesen Wänden werden Teilchen reflektiert wie unter Teilchen, aber eben nicht irgendwo im Raum, sondern alle exakt an dieser geraden Linie der Wand entlang. Prinzipiell aber ist auch in Gasen ohne eingrenzenden Raum die obige Ungleichverteilung gegeben, also ungleicher Abstand der Teile untereinander und dafür jeweils momentan bevorzugte Bewegungsrichtungen - wobei der Blick ins Weltall ein gutes Beispiel zeigt.

Die ´Hauptsätze der Thermodynamik´ lehren uns dagegen, dass alle Prozesse verlustreich sind indem Wärme verloren geht, diese eine minderwertige Energie ist weil Entropie produzierende, darum das Universum den Wärmetod erleiden wird und zuvor auch nie die Chance für ein Perpetuum Mobile gegeben sein wird. Diese Entropie gibt es nicht, weder im Universum noch im ´geschlossenen System´ einer Gasflasche. Zugegeben, es ist sehr schwierig mit diesen wandelnden Strukturen umzugehen oder gar die im Gas inhärente kinetische Energie nutzen zu können. Voriger Hinweis auf die ordnende Funktion einer Behälterwand zeigt jedoch Möglichkeiten an (wie in späteren Kapiteln diskutiert).

05.02. Drei Mal Sog-Effekt Fluid-Technologie -Grundlagen