2. Das Radiometer (“Gespensterforschung”)
Prüfungsprobleme
- Atomphysik
Sir William Crookes (1834 - 1919) hatte einen Spleen, er stand auf grün. Den Nobelpreis bekam er für die Entdeckung des Schwermetalls Thallium, d.h. "grün", weil es Feuer grün färbt. Wie viele Schwermetalle ist es ein Problem des Umweltschutzes besonders in der Landwirtschaft.
Nach einem Erfolg ist es erfolgreich das Forschungsgebiet zu Wechsel. Crookes ging zur Sternwarte Green-wich.
Jules Verne schreibt, jeder Deutsche sei im Grunde Metaphysiker, ob er in der Geologie oder in der Physik arbeitet, irgendwann landet er doch hinter der Physik bei der Metaphysik. Und jeder Engländer endet bei den Gespenstern, so wurde auch Crookes von diesen grünlichen Erscheinungen in den Bann geschlagen.
Zunächst untersuchte er den Schotten Daniel Dunglas Home (1833 - 1889) über vier Jahre, der vor einer großen Anzahl neutraler und zuverlässiger Zeugen und unter guten Sichtbedingungen Außerordentliches zeigte. So schwebte er 1868 vor Zeugen aus dem Fenster des Beobachterraumes im 3. Stock, um dann das Haus wieder durch ein anderes zu betreten. Crookes war das Idol des großen, deutschen Astrophysiker Friedrich Zöllner (1834 - 1882), der parapsychische Phänomene mit der vierten Dimension deuten wollte (Caroline Rieger "Gespenster und Physik", Staatsexamensarbeit, Frankfurt, 2006, S.8).
Um den Licht-Druck der Geister zu messen, erfand Crookes das Radiometer, auch Lichtmühle genannt.
Die Lichtmühle sieht aus wie eine Glühlampe: ein Glaskolben; in ihm ist etwas wie ein Windrad mit vier Metallschaufeln, deren eine Seite weiß und deren Rückseite schwarz ist. Crookes hatte 1873 die Idee, dass das Licht zwar gegen die weiße Schaufelseite rechts und gegen die schwarze links drückt; da aber nur die weiße das Licht zurück wirft, erhält nur die rechte Schaufel einen Rückstoß. Weil der Stoß nicht groß ist, versuchte Crookes die Luft aus dem Glas zu pumpen, um den Luftwiderstand zu reduzieren.
Als nun um Mitternacht der sagenumwogene Geist erschien, drehte sich spukhaft das Rad im Glas Millionen mal schneller als berechnet und in entgegen gesetzter Richtung! Bis heute weiß man nicht warum.
Folgende Erklärungen konkurrieren:
Fehler sind nicht immer schädlich. Hätte Columbus sich nicht mit dem Erdumfang verrechnet, hätte er nie im Westen Indien gesucht und dabei Amerika entdeckt. Auch Crookes Pumpen waren nicht perfekt. Einige Jahre später wiederholten die Russen das Experiment mit nun besseren Pumpen, und das Lichtrad dreht sich richtig und so langsam wie berechnet.
Die einmalig gewaltige Verstärkung erzeugt also die Restluft. Beliebt aber falsch ist die Erklärung, dass die schwarze Seite wärmer wird (das ist noch richtig) und die Luft vor sich erwärmt (richtig), wodurch der Luftdruck an der schwarzen Seite steigt (falsch) und die Schaufel wegdrückt. Da die Luft sich nicht explosionsartig schnell erwärmt, steigt der Luftdruck im ganzen Glas an.
Denkbar wäre, dass die wärmere Seite stärker ausgast und so wie eine Rakete Rückstoß erzeugt. Dann müsste das Ausgasen mal aufhören, und das Rad sich "richtig" verhalten. Das geschieht aber nie.
Die beste Lösung gab 1881 der berühmte, englische Ingenieur Osborne Reynolds (1842 - 1912). Eine Elementarisierung seiner schwierigen Theorie ist mir nicht bekannt.
Warum ist das Spielzeug noch nicht richtig verstanden? Die Vergabe von Forschungsgeldern (Steuergelder) ist entweder dem direkten Nützlichkeitsdenken (z.B. Energieversorgung, Waffen) unterworfen, oder es geht um Grundlagenforschung, von der man bei Erfolg direkt Ruhm und langfristig erfahrungsgemäß auch Nutzen bekommt. Beide Punkte treffen auf die Lichtmühle nicht zu. Vielleicht darf und sollte man hier aber auch daran erinnern, dass Forschungsgeld noch nicht den Forschungserfolg garantier: Trotz sehr viel Geld hat man z.B. keine Marsmenschen gefunden.
Aktueller Stand:
Dienstag, 26. April 2011
© by Prof. Dr. Fritz Siemsen, Institut für Didaktik der Physik der Goethe-Universität Frankfurt/Main (August 2006)
